申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2022-07-15

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN115265591B

主分类号：G01C25/00

分类号：G01C25/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.11.18#实质审查的生效;2022.11.01#公开

摘要：本发明公开了一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法，步骤为：S1、构建IMU坐标系和旋转轴坐标系，以定义IMU与转位机构的安装误差角并确定标定模型；S2、设计标定编排并进行标定试验以获得标定数据；S3、利用Thin‑shell算法处理标定数据获得安装误差角；S4、利用标定的安装误差角Δθx、Δθy和Δθz补偿双轴旋转惯导的输出姿态；该方法具有安装误差角定义简捷、试验简单的优点，不依赖导航结果、不受转位机构输出姿态精度的限制，在标定和补偿后，双轴旋转惯导的姿态输出精度得到明显改善，1h内姿态误差优于0.005°，实用性佳。

主权项：1.一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法，其特征在于，步骤如下：S1、构建IMU坐标系和旋转轴坐标系，并基于坐标系定义IMU与转位机构的安装误差角为IMU坐标系相对旋转轴坐标系的三个欧拉角，包括θx、θy和θz；进而，确定标定模型为：式中，为在IMU坐标系中IMU相对惯性空间的角速率，为在旋转轴坐标系中转位机构相对惯性空间的角速率；S2、设计标定编排并进行标定试验，以获得标定数据；其中，S201、标定编排设计为：1基于初始位置：IMU的Xm轴朝东向，Ym轴朝北向，Zm轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕Xm轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕Xm轴反向旋转三周并保存陀螺输出2基于初始位置：IMU的Xm轴朝西向，Ym轴朝南向，Zm轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕Xm轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕Xm轴反向旋转三周并保存陀螺输出3基于初始位置：IMU的Xm轴朝东向，Ym轴朝北向，Zm轴朝天向，转位机构控制IMU均速绕Xm轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕Xm轴反向旋转三周并保存陀螺输出4基于初始位置：IMU的Xm轴朝东向，Ym轴朝南向，Zm轴朝地向，转位机构控制IMU均速绕Xm轴正向旋转三周并保存陀螺输出转位机构控制IMU均速绕Xm轴反向旋转三周并保存陀螺输出S202、基于和在Yt轴的分量的平均值和在Yt轴的分量的平均值和在Zt轴的分量的平均值和在在Zt轴的分量的平均值和在Xt轴的分量的平均值和在Xt轴的分量的平均值和在Yt轴的分量的平均值和在Yt轴的分量的平均值构建用于计算安装误差角的非线性方程组： S203、标定试验：按照步骤S201设计的标定编排进行标定试验，试验过程中的陀螺输出数据，作为标定数据；S3、利用Thin-shell算法处理标定数据获得安装误差角；S301、确定评价函数为： S302、设定安装误差角θx、θy和θz的取值范围为θxmin～θxmax、θymin～θymax和θzmin～θzmax；S303、获得安装误差角的中间值分别为：θxmean＝θxmin+θxmax2、θymean＝θymin+θymax2和θzmeanθzmin+θzmax2；S304、设定θy＝θymean、θz＝θzmean，分别计算θx＝θxmax、θx＝θxmean和θx＝θxmin三种情况下对应的S305、分别计算θx＝θxmax、θx＝θxmean和θx＝θxmin三种情况下对应的评价函数的数值：σmax、σmean和σmin；S306、比较三个评价函数结果以确定下一次迭代的参数寻优范围：情况①：如果σmin＞σmean且σmean＜σmax，则在下一次迭代中，取θxmax＝θxmean+θxmax2且θxmin＝θxmean+θxmin2；情况②：如果σmin＜σmean且σmean＜σmax，则在下一次迭代中，取θxmax＝θxmean，θxmean为θxmin和新的θxmax的中间值；情况③：如果σmin＞σmean且σmean＞σmax，则在下一次迭代中，取θxmin＝θxmean且θxmean为θxmax和新θxmin的中间值；S307、重复步骤S303～步骤S306的单次迭代过程，直至迭代次数满足停止条件；最后一次迭代得到的θxmean即为安装误差角θx的最终标定结果Δθx；S308、参照步骤S303～步骤S307，设定θx＝θxmean、θz＝θzmean，对θy进行寻优，并将最后一次迭代得到的θymean作为安装误差角θy的最终标定结果Δθy；S309、参照步骤S303～步骤S307，设定θx＝θxmean、θy＝θymean，对θz进行寻优，并将最后一次迭代得到的θzmean作为安装误差角θz的最终标定结果，并记为Δθz；S4、利用由步骤S3得到标定的安装误差角Δθx、Δθy和Δθz，补偿双轴旋转惯导的输出姿态。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京航空航天大学 一种双轴旋转惯导IMU与转位机构安装误差的标定方法

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