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基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法

叶文 翟风光 蔡晨光 李建利

叶文, 翟风光, 蔡晨光, 等 . 基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(5): 912-918. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0545
引用本文: 叶文, 翟风光, 蔡晨光, 等 . 基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(5): 912-918. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0545
YE Wen, ZHAI Fengguang, CAI Chenguang, et al. Fine alignment method for rotary strapdown inertial navigation system based on augmented state[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(5): 912-918. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0545(in Chinese)
Citation: YE Wen, ZHAI Fengguang, CAI Chenguang, et al. Fine alignment method for rotary strapdown inertial navigation system based on augmented state[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(5): 912-918. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0545(in Chinese)

基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0545
基金项目: 

国家重点研发计划 2017YFF0205003

国家自然科学基金 61421063

国家自然科学基金 61722103

国家自然科学基金 61571030

国家自然科学基金 51605461

详细信息
    作者简介:

    叶文  男, 博士, 助理研究员。主要研究方向:惯性技术与惯性计量

    翟风光  男, 硕士研究生。主要研究方向:旋转调制惯导

    蔡晨光  男, 博士, 副研究员。主要研究方向:振动计量

    李建利  男, 博士, 研究员, 博士生导师。主要研究方向:惯性技术

    通讯作者:

    叶文. E-mail:wenye@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V243.5

Fine alignment method for rotary strapdown inertial navigation system based on augmented state

Funds: 

National Key R & D Program of China 2017YFF0205003

National Natural Science Foundation of China 61421063

National Natural Science Foundation of China 61722103

National Natural Science Foundation of China 61571030

National Natural Science Foundation of China 51605461

More Information
  • 摘要:

    初始对准是旋转式捷联惯导系统(SINS)的关键技术之一。传统旋转式捷联惯导精对准方法多采用10维模型,该模型的精对准精度不能满足导航精度要求。针对此问题,提出了一种基于状态量扩维的旋转式捷联惯导系统精对准方法。首先,将陀螺和加速度计标度因数误差、安装误差扩展为状态变量,建立了28维的精对准模型;然后,对旋转过程中各状态量的可观测度进行分析,根据分析结果将模型优化为13维;最后,采用卡尔曼滤波实现了旋转式捷联惯导系统的精对准。仿真结果表明,与传统初始对准方法相比,该方法能有效提高姿态对准精度,并估计出更多陀螺误差项。

     

  • 图 1  姿态角误差估计

    Figure 1.  Estimation of attitude angle errors

    图 2  水平陀螺常值漂移估计

    Figure 2.  Estimation of horizontal gyroscope constant drift

    图 3  水平加速度计常值零偏估计

    Figure 3.  Estimation of horizontal accelerometer constant null bias

    图 4  陀螺的δKgxEgxzEgyz估计

    Figure 4.  Estimation of δKgx, Egxz and Egyz of gyroscope

    表  1  各状态量对应的奇异值变化

    Table  1.   Singular value change of state variables

    状态量 奇异值
    静止时间段 第一时间段 第二时间段
    δVE 1 1.41 3.16
    δVN 1 1.41 3.16
    φE 13.89 17.82 38.96
    φN 13.89 17.82 38.96
    φU 1.70×10-25 8.19×10-4 1.95×10-3
    x 3.86×10-45 8.31 20.35
    y 3.22×10-27 8.31 20.35
    εx 9.80 14.07 31.12
    εy 9.80 14.07 31.12
    εz 5.47×10-4 9.20×10-4 2.15×10-3
    δKgx 7.51×10-39 5.10×10-4 2.15×10-3
    δKgy 3.85×10-28 1.78×10-15 8.30×10-4
    δKgz 2.81×10-41 1.78×10-15 3.26×10-5
    Egxy 1.81×10-84 1.78×10-15 1.10×10-4
    Egxz 6.45×10-34 1.78×10-15 2.70
    Egyx 9.93×10-41 1.78×10-15 1.01×10-8
    Egyz 1.44×10-31 1.78×10-15 2.70
    Egzx 7.16×10-53 3.71×10-8 5.19×10-8
    Egzy 1.90×10-38 1.78×10-15 6.50×10-8
    δKax 3.35×10-48 1.78×10-15 3.26×10-5
    δKay 7.52×10-45 1.78×10-15 7.90×10-4
    δKaz 1.10×10-48 1.78×10-15 5.19×10-8
    Eaxy 3.09×10-52 1.78×10-15 3.81×10-15
    Eaxz 1.31×10-24 1.78×10-15 3.81×10-15
    Eayx 8.62×10-46 1.78×10-15 3.81×10-15
    Eayz 1.81×10-45 1.78×10-15 8.96×10-16
    Eazx 6.09×10-57 1.78×10-15 3.69×10-8
    Eazy 2.97×10-58 1.25×10-15 6.29×10-10
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    表  2  初始对准的姿态角误差

    Table  2.   Attitude errors of initial alignment (°)

    方法 航向角误差 俯仰角误差 横滚角误差
    传统方法 0.0314 0.0017 0.0019
    本文方法 0.0224 0.0011 0.0012
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-14
  • 录用日期:  2018-12-21
  • 刊出日期:  2019-05-20

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