車載SINS／GPS組合導航系統(tǒng)的在線標定算法

摘要：從工程實用和維護的角度出發(fā)。提出一種針對于車載組合導航系統(tǒng)的在線標定算法。該算法使用卡爾曼濾波作為估計工具，通過趨于一般運動狀態(tài)的路徑設計對待標定的誤差項進行有效激勵。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行軌跡在較短的時間內逐步收斂，實現(xiàn)在一般跑車實驗中不拆卸慣性器件而達到標定的目的。這種在線標定的處理方法在實際使用和維護具有極大便利。
關鍵詞：組合導航系統(tǒng)；在線標定；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(tǒng)，影響系統(tǒng)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(tǒng)的對準和導航精度，必須利用精密轉臺對以上誤差源進行精確標定。并通過系統(tǒng)軟件加以補償。
一般情況下，在完成系統(tǒng)標定后，若不對陀螺、加速度計進行重新拆裝，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不重復性誤差，尤其是經過較長時間后，相對于標定值將產生很大差異，使系統(tǒng)無法滿足對準、導航精度要求。為了解決這個問題，通常每隔幾個月將慣導系統(tǒng)從運載體上拆卸下來，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(tǒng)性能。顯然，這種處理方法在實際使用和維護中比較繁瑣。
為改善這種狀況并且達到延長定期標定周期的目的，提出組合導航系統(tǒng)相關誤差項在線標定算法。該算法依據GPS高精度的位置、速度信息和捷聯(lián)系統(tǒng)本身導航輸出結果之間的差異，以捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的位置速度解算作為濾波器的觀測量，將慣導系統(tǒng)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，通過相應的估計方法估算捷聯(lián)慣導系統(tǒng)誤差和器件誤差，從而實現(xiàn)對組合導航系統(tǒng)常值誤差項的補償。

1 在線標定算法
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
對于車載組合導航系統(tǒng)，在定期標定周期內認為系統(tǒng)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(tǒng)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濾波器進行1 200 s仿真，具體路徑描述如下：0～100 s，車體靜止，位置為(108．9l，34．245)；10l～310 s，車體向北加速到10 m／s。載體軸向加速度為1m／s2，并以10 m／s的速度北向運動到310 s，此時的位置為(108．91，34．265)；311～500 s，車體從311 s開始向東轉彎，同時東向開始加速到10m／s，載體軸向加速度為l m／s2，北向速度減為0，車體以10 m／s的速度東向運動到500 s；501～l 200 s，車體從501 s開始向北轉彎，同時北向開始加速到10 m／s，載體軸向加速度為l m／s2，東向速度減為零，車體以10m／s的速度北向運動到1 200 s。