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混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型

王琪 汪立新 周小刚 沈强

王琪, 汪立新, 周小刚, 等 . 混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(7): 1424-1434. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0691
引用本文: 王琪, 汪立新, 周小刚, 等 . 混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(7): 1424-1434. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0691
WANG Qi, WANG Lixin, ZHOU Xiaogang, et al. Attitude quaternion continuous self-calibration model of hybrid inertial navigation system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(7): 1424-1434. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0691(in Chinese)
Citation: WANG Qi, WANG Lixin, ZHOU Xiaogang, et al. Attitude quaternion continuous self-calibration model of hybrid inertial navigation system[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(7): 1424-1434. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0691(in Chinese)

混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0691
基金项目: 

国家自然科学基金 61503392

陕西省自然科学基金 2015JQ6213

航空科学基金 201501U8001

详细信息
    作者简介:

    王琪   男, 博士研究生。主要研究方向:惯性系统及仪器

    汪立新   男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:惯性系统及测试

    周小刚   男, 博士, 讲师。主要研究方向:惯性系统及测试

    沈强   男, 博士研究生。主要研究方向:数据处理和信息融合

    通讯作者:

    汪立新, E-mail: 17765861219@163.com

  • 中图分类号: U666.1

Attitude quaternion continuous self-calibration model of hybrid inertial navigation system

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61503392

Natural Science Foundation of Shaanxi Province 2015JQ6213

Aeronautical Science Foundation of China 201501U8001

More Information
  • 摘要:

    混合式惯导系统作为一种新型惯导系统,具有三轴全姿态物理平台、捷联姿态算法和系统装机自标定等特点。针对以上特点,为提高其导航定位精度,在混合式惯导系统框架角约束方程的基础上,利用姿态四元数代替欧拉角描述混合式惯导系统中三轴物理平台的转动,建立了一种混合式惯导系统姿态四元数连续自标定模型对其进行误差系数标定。针对该模型的特点,对传统的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法进行改进,提出了一种基于奇异值分解的四元数无迹卡尔曼滤波(SVD-QUKF)算法进行模型误差系数辨识。仿真和试验结果表明,基于SVD-QUKF算法,四元数连续自标定模型能够以低于1%的相对误差标定出混合式惯导系统所有的误差系数,在标定精度和计算速度上相比基于传统UKF算法的框架角自标定模型都具有一定优势。

     

  • 图 1  三轴物理平台组成

    Figure 1.  Three-axis physical platform geometry

    图 2  四元数模型和框架角模型的框架角估计误差曲线

    Figure 2.  Estimate error curves of gimbal angle in quaternion model and gimbal angle model

    图 3  ka0i(i=x, y, z)和ηji(j=p, o; i=y, z)的相对估计误差曲线

    Figure 3.  Relative estimate error curves of ka0i(i=x, y, z) and ηji(j=p, o; i=y, z)

    图 4  试验中四元数模型和框架角模型的框架角估计误差曲线

    Figure 4.  Gimbal angle estimate errors of quaternion model and gimbal angle model in experiment

    表  1  误差系数相对估计误差和算法计算时间

    Table  1.   Computing time and relative estimate errors of error coefficients

    误差系数 相对估计误差/%
    四元数模型 框架角模型
    kg0x -0.71 1.71
    kg0y 0.69 2.74
    kg0z -0.62 -4.69
    Δsx -0.10 1.82
    Δsy -0.35 -1.33
    Δsz 0.19 -1.26
    Δox -0.24 1.47
    Δoy -0.36 1.26
    Δoz 0.57 -1.91
    ka0x -0.22 1.39
    ka0y -0.93 3.49
    ka0z -0.25 4.03
    ka1x 0.031 -1.47
    ka1y -0.29 0.49
    ka1z -0.11 0.64
    ηpz 0.005 5 0.46
    ηoy -0.001 7 0.20
    ηoz 0.001 3 -0.023
    计算时间/s 19 35
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    表  2  四元数模型和框架角模型的框架角均方根误差

    Table  2.   RMSE of gimbal angle of quaternion model and gimbal angle model

    模型 RMSE
    q0 q1 q2 q3
    四元数模型 0.059 0.047 0.083 0.062
    框架角模型 0.220 0.083 0.087 0.131
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-23
  • 录用日期:  2019-01-23
  • 网络出版日期:  2019-07-20

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