車(chē)載SINS／GPS組合導航系統的在線(xiàn)標定算法

摘要：從工程實(shí)用和維護的角度出發(fā)。提出一種針對于車(chē)載組合導航系統的在線(xiàn)標定算法。該算法使用卡爾曼濾波作為估計工具，通過(guò)趨于一般運動(dòng)狀態(tài)的路徑設計對待標定的誤差項進(jìn)行有效激勵。仿真卡爾曼濾波結果表明，該算法使得待標定的各誤差項根據車(chē)行軌跡在較短的時(shí)間內逐步收斂，實(shí)現在一般跑車(chē)實(shí)驗中不拆卸慣性器件而達到標定的目的。這種在線(xiàn)標定的處理方法在實(shí)際使用和維護具有極大便利。
關(guān)鍵詞：組合導航系統；在線(xiàn)標定；卡爾曼濾波；路徑設計；激勵

對于激光陀螺捷聯(lián)式組合導航系統，影響系統精度的主要誤差源有：慣性器件的刻度系數誤差、零位誤差及軸安裝不對準角等。為了確保系統的對準和導航精度，必須利用精密轉臺對以上誤差源進(jìn)行精確標定。并通過(guò)系統軟件加以補償。
一般情況下，在完成系統標定后，若不對陀螺、加速度計進(jìn)行重新拆裝，則陀螺和加速度計的安裝偏角基本保持不變。但陀螺漂移和加速度計零位卻存在逐次啟動(dòng)不重復性誤差，尤其是經(jīng)過(guò)較長(cháng)時(shí)間后，相對于標定值將產(chǎn)生很大差異，使系統無(wú)法滿(mǎn)足對準、導航精度要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常每隔幾個(gè)月將慣導系統從運載體上拆卸下來(lái)，并安裝到轉臺上，重新標定陀螺漂移和加計零位以改善系統性能。顯然，這種處理方法在實(shí)際使用和維護中比較繁瑣。
為改善這種狀況并且達到延長(cháng)定期標定周期的目的，提出組合導航系統相關(guān)誤差項在線(xiàn)標定算法。該算法依據GPS高精度的位置、速度信息和捷聯(lián)系統本身導航輸出結果之間的差異，以捷聯(lián)慣導系統的位置速度解算作為濾波器的觀(guān)測量，將慣導系統的基本誤差項與加計的零偏、刻度因子誤差以及陀螺的常值漂移誤差作為狀態(tài)量，認為GPS定位誤差是零均值的白噪聲，通過(guò)相應的估計方法估算捷聯(lián)慣導系統誤差和器件誤差，從而實(shí)現對組合導航系統常值誤差項的補償。

1 在線(xiàn)標定算法
1．1 坐標系定義
本文定義i系為地心慣性坐標系，e系為地球坐標系，n系為導航坐標系即東-北-天坐標系，b系為載體坐標系即右-前-上坐標系。
1．2 卡爾曼濾波器的設計
對于車(chē)載組合導航系統，在定期標定周期內認為系統的安裝誤差不發(fā)生變化，標定的主要對象是慣性器件刻度系數誤差及常值誤差項。
因此這里的卡爾曼濾波選取系統誤差項以及陀螺、加計常值誤差和加計的刻度系數誤差作為濾波狀態(tài)量，共14維。

2 仿真驗證及分析
2．1 路徑設計
對所設計的SINS／GPS濾波器進(jìn)行1 200 s仿真，具體路徑描述如下：0～100 s，車(chē)體靜止，位置為(108．9l，34．245)；10l～310 s，車(chē)體向北加速到10 m／s。載體軸向加速度為1m／s2，并以10 m／s的速度北向運動(dòng)到310 s，此時(shí)的位置為(108．91，34．265)；311～500 s，車(chē)體從311 s開(kāi)始向東轉彎，同時(shí)東向開(kāi)始加速到10m／s，載體軸向加速度為l m／s2，北向速度減為0，車(chē)體以10 m／s的速度東向運動(dòng)到500 s；501～l 200 s，車(chē)體從501 s開(kāi)始向北轉彎，同時(shí)北向開(kāi)始加速到10 m／s，載體軸向加速度為l m／s2，東向速度減為零，車(chē)體以10m／s的速度北向運動(dòng)到1 200 s。