惯性平台自标定中惯性仪表安装误差可观测性分析

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1、惯性平台自标定中惯性仪表安装误差可观测性分析收稿日期：作者简介：丁智坚（1988－），男，新疆乌鲁木齐人，博士研究生，E-mail：dzjqe@126.com；蔡洪（通讯作者），男，教授，博士，博士生导师，E-mail：hcai@nudt.edu.com丁智坚，蔡洪，张文杰(国防科学技术大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要：针对惯性平台自标定中惯性仪表安装误差可观测性问题，深入研究了系统模型与平台坐标系对惯性仪表安装误差可观测性的影响。根据不同系统动力学模型和观测量构建了四种系统模型。从可观测

2、性定义出发，分析与判断了惯性仪表安装误差在不同系统模型和不同平台坐标系下的可观测性。理论分析和仿真结果均表明惯性仪表安装误差在以下两种情况完全可观：1）观测量为平台框架角和加速度计输出，系统动力学模型为框架角模型，平台坐标系以平台六面体为基准定义；2）观测量为加速度输出，系统动力学模型为姿态角或失准角模型，平台坐标系以加速度计敏感轴为基准定义。关键词：可观测性；安装误差；自标定；惯性平台中图分类号：V448.12文献标志码：A　　　文章编号：Observabilityanalysisformisalignm

3、entsofinertialsensorsininertialplatformself-calibrationDingZhijian,CaiHong,ZhangWenjie(CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha,410073,China）Abstract:Theobservabilityofinertialsensormisalignmentsininertialplatf

4、ormself-calibrationproblemwasanalyzed,highlightingtheeffectsofthesystemmodelandplatformcoordinateframeonobservability.Basedondifferentsystemdynamicmodelsandmeasurementvectors,foursystemmodelswerebuiltup.Theobservabilityofinertialsensorsmisalignmentsindiffe

5、rentmodelswithdifferentdefinitionofplatformcoordinateframewasinvestigated.Thetheoryconclusionsandsimulationresultsshowedthat:thesystemisobservableonlyintwoconditions:1)thesystemmeasurementmodelswasbuiltupwithplatformanglesandaccelerometertriadoutputs,thesy

6、stemdynamicmodelwasbuiltupwithplatformanglesandtheplatformcoordinateframeshouldbedefinedwiththebenchmarkhexahedronofplatform;2)thesystemmeasurementmodelswasbuiltuponlywithaccelerometerstriadoutputs,thesystemdynamicmodelswasbuiltupwithplatformattitudeormisa

7、lignmentmodelsandtheplatformcoordinateframeshouldbedefinedwiththeaccelerometersensoraxes.Keywords:observabilityanalysis;misalignments;self-calibration;inertialplatform惯性仪表安装误差是高精度惯性平台主要误差源之一，故使用前需对其进行标定与补偿。然而传统的惯性平台多位置自标定[1]-[2]或多位置静漂[3]-[4]等方法均无法有效地标定惯性仪表

8、安装误差。惯性平台连续翻滚自标定技术[5]-[10]是一种高精度惯性平台自标定方法。通过框架系统控制平台在1g重力场内连续翻滚，利用Kalman滤波技术完成平台姿态角（或失准角）、惯性仪表安装误差以及仪表自身误差等众多误差项的标定与补偿，提高惯性平台使用精度。相对于多位置自标定和多位置静漂自标定方法，连续翻滚自标定技术能够有效地分离出惯性器件安装误差，且标定精度较高，故引起了广泛的研究。然而，不同文献[4]-[1