激光陀螺捷联惯导系统全参数迭代自动标定技术研究

The error model parameters of the laser gyro strapdown inertial navigation system need to be calibrated before navigation task execution, the existing calibration process usually consists of two parts: separate calibration based on high precision turntable and long-time static temperature drift test, where the high equipment and time cost restrict the wide application of the calibration technique. The concept of full parameter automatic calibration of the laser gyro inertial navigation system is proposed for the first time here, the research include: The low precision two-axis rotary mechanism is adopted as the unique calibration equipment, and a reasonable turn-stop calibration process is designed. The calibration model including asymmetric scale factor error and asynchronism of time and space is proposed, which will be used to get all dynamic and static error model parameters of the specific force and angular velocity through iterative processing of the offline turn-stop test data; Continues turn-stop accelerometer temperature parameters estimation algorithm is proposed, which use the same turn-stop data for estimation process, there is no need for a separate accelerometer temperature drift experiment. At last, combined with the proposed calibration experiment process and algorithm, it can effectively simplify the calibration data processing of the laser gyro strapdown system, reduce the cost and guarantee the same navigation precision compared with the existing calibration method, which has important research value.

激光陀螺捷联惯导系统在执行导航任务前需要对系统的误差模型参数进行标定，现有的标定流程一般都包含基于高精度转台的分立式标定和长时间静止温度测漂这两个环节，高昂的设备和时间成本制约了标定技术的广泛应用。本项目首次提出激光陀螺捷联惯导系统全参数自动标定的概念，研究包括：采用低精度双轴转位机构作为唯一的标定设备，设计一套合理的连续转停标定流程。提出考虑时空不同步和刻度系数不对称误差在内的陀螺、加速度计标定误差模型，通过对一次离线转停实验数据进行迭代处理，就能够得到与比力和角速度相关的全部动、静态误差模型参数；提出连续转停加速度计温度参数估计算法，对相同的转停数据进行处理就能够得到加速度计的温度参数，无需进行单独的加速度计温度测漂实验。最后结合提出的标定实验流程及算法，能够有效简化激光陀螺捷联系统的标定数据处理过程，降低标定成本，并保证标定后的系统导航精度与现有标定方法相同，具有重要的研究价值。

当今以激光陀螺为核心器件构建的捷联惯导系统在国内外中、高精度自主惯性导航领域应用中占据主导地位。优化激光陀螺捷联系统标定机理，减弱对标定实验设备的依赖，缩短标定时间已成为惯性技术研究领域最重要的课题之一，具有重要的工程应用价值。.本项目关于激光惯导系统标定的改进主要包括以下几个方面：（1）激光惯导系统标定模型的完善：提出了一种基于惯性系的标定误差分析方法，并据此设计了合理的标定路径，通过仿真验证了惯性器件各项误差参数的可观测度，为后续的系统级标定试验提供了理论支撑；（2）加速度计温度参数辨识与补偿：根据多位置转-停试验的离线数据进行加速度计的温度参数辨识与补偿，极大地节约了时间成本；（3）全参数迭代卡尔曼滤波算法的优化设计：建立包含陀螺、加速度计刻度系数不对称、时空不同步等误差在内的全参数高阶激光陀螺捷联系统标定模型，设计了包含变参数及迭代标定优化设计的卡尔曼滤波器，对多位置转-停离线实验数据进行自动处理，得到标定所需的全部标定参数。最终，利用搭建的跑车试验平台进行跑车试验，对比传统标定方案与本项目标定方案的捷联系统导航精度，验证整套全参数迭代自动标定滤波方法的可行性。50型激光陀螺捷联惯导系统在1h的纯惯性跑车试验中，精度由原先的1.0~2.0 nm/h提高到0.2~0.5 nm/h。本项目为一种基于双轴转台的激光陀螺捷联惯导系统全参数迭代自标定方法，能够有效缩减标定时间，简化标定流程，降低对高精度标定设备的依赖，具有重要的科学价值和工程应用价值。.