专利名称：一种基于导航系统的三波束激光测速仪标定方法
技术领域：
本发明涉及一种基于导航系统的三波束激光测速仪标定方法，属于惯性导航技术/组合导航技术领域。
背景技术：
激光测速仪作为一种速度传感器，具有完全自主、精度高、测速范围宽、动态性能好及非接触测量的优点。单独的激光测速仪不具备导航定位功能，但是与惯导系统组合能优势互补，能实现全自主、高精度导航定位。组合导航系统实际使用中惯导系统和三波束激光测速仪分别装在载体的不同位置，需要标定测速仪安装角，同时实验室中测得的激光测速仪标度因数在实际使用中会有变化，需要标定标度因数误差。目前公开文献中用于导航定位领域的激光测速仪并没有统一的标定方法，本文提出了一种三波束激光测速仪安装角和标度因数误差的标定方法，解决了工程实际中激光测速仪与惯导组合系统导航定位的基础问题。

发明内容
I、目的本发明的目的是提供了一种基于导航系统的三波束激光测速仪标定方法，它克服了现有技术的不足，解决了激光测速仪装到载体上时需要标定安装角和标度因数误差的问题。2、技术方案本发明一种基于导航系统的三波束激光测速仪标定方法，该方法具体步骤如下步骤I、将捷联惯导系统、差分GPS和激光测速仪安装到载体上，装订初始位置参数(包括初始的经度、纬度和高度)至惯导的导航计算机。步骤2、捷联惯导预热，然后采集陀螺和加速度计的输出数据。步骤3、对采集到的陀螺和加速度计数据进行处理，根据捷联惯导系统误差传播特性和古典控制理论，采用二阶调平和方位估算法来完成系统的粗对准，初步确定载体姿态角。粗对准时间为I分钟。粗对准后利用卡尔曼滤波技术精对准5分钟。步骤4、启动差分GPS和激光测速仪，惯导系统由对准模式切换到SINS/DGPS (捷联惯导系统/差分GPS)组合导航模式(组合算法框图见

图1)，切换完成后载体开始运动。步骤5、采取载体不同运动状态下测速仪的输出及SINS/DGPS组合导航系统输出，至少采三个不同时刻的输出。步骤6、利用最小二乘法分别辨识激光测速仪三个波束的安装角及标度因数误差。步骤7、标定精度评价分析。步骤I一7分为三个阶段，步骤I一3为准备阶段，步骤4一6为激光测速仪标定阶段(标定方法框图见图2)，步骤7为标定结果评价阶段。其中，步骤6中所述的最小二乘法辨识三波束激光测速仪的安装角和标度因数误差，具体实现过程说明如下
以三波束激光测速仪中某波束为例介绍它的安装角和标度因数误差标定方法，另外两个波束的安装角和标度因数误差标定方法与此相同。定义\为激光测速仪输出，Vxb、Ff、F/分别为SINS/DGPS在载体系x、y、z三
个轴向上的输出，S K为激光测速仪标度因数误差，α、β、Y分别为激光测速仪与载体系x、y、z三个轴向的夹角。测得η个点(η彡3)单波束测速仪输出Vl(I)、Vl(2) ...VL(η)及η个点(n>3)SINS/DGPS 输出 C⑴、f ⑵…F>), <⑴、Fj4⑵…<( ) , Fz6⑴、Fzb ⑵…VzbM。
权利要求
1.一种基于导航系统的三波束激光测速仪标定方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤I、将捷联惯导系统、差分GPS和激光测速仪安装到载体上，装订初始位置参数即初始的经度、纬度和高度至惯导的导航计算机； 步骤2、捷联惯导预热，然后采集陀螺和加速度计的输出数据； 步骤3、对采集到的陀螺和加速度计数据进行处理，根据捷联惯导系统误差传播特性和古典控制理论，采用二阶调平和方位估算法来完成系统的粗对准，初步确定载体姿态角；粗对准时间为I分钟，粗对准后利用卡尔曼滤波技术精对准5分钟； 步骤4、启动差分GPS和激光测速仪，惯导系统由对准模式切换到SINS/DGPS即捷联惯导系统/差分GPS组合导航模式，切换完成后载体开始运动； 步骤5、采取载体不同运动状态下测速仪的输出及SINS/DGPS组合导航系统输出，至少采三个不同时刻的输出； 步骤6、利用最小二乘法分别辨识激光测速仪三个波束的安装角及标度因数误差； 步骤7、标定精度评价分析。
2.根据权利要求I所述的一种基于导航系统的三波束激光测速仪标定方法，其特征在于步骤6中所述的最小二乘法辨识三波束激光测速仪的安装角和标度因数误差，具体实现过程说明如下 以三波束激光测速仪中某波束为例介绍它的安装角和标度因数误差标定方法，另外两个波束的安装角和标度因数误差标定方法与此相同； 定义\为激光测速仪输出，Vhx、”分别为SINS/DGPS在载体系x、y、z三个轴向上的输出，S K为激光测速仪标度因数误差，a、P、Y分别为激光测速仪与载体系x、y、z三个轴向的夹角；测得n个点(n彡3)单波束测速仪输出Vl(I)、Vl(2) ...VL(n)及n个点(n ^ 3) SINS/DGPS 输出 f ⑴、f ⑵…g( ), Fi6 ⑴、< ⑵...<( )，f⑴、f ⑵由F1 = (I + SK) (F6 cos a + Vb cos + V_b cos f)得 'Fi(I)I⑴I ⑴C⑴] C OR /Y Vl(2)Vbx(I)V^(I)Fb(2) 「 n二ycos P \l + SKj . .. cos Y F1(^)J [FiO/)Vb (n) X(I)] [C ⑴ C ⑴ K ⑴― 令2 = m)，H = 02) G⑵ C⑵，[cos a\\ \ \ X = cos P [l + SK]VL(n)\ [/:( ) V>) Vbz {n)\ [cosxj 由最小二乘估计公式X =即解得X的最小二乘估计X; 由 cos2 a +cos2 3 +cos2 y =1 得^XiD2 + 1(2)2 + 1(3)2 = ^/(1 + SKficos2 a + cos2 (3 + cos2 y) = I + SK ,因此SK = ^X(I)2 + 1(2)2 + 1(3)2 - I
3.根据权利要求I所述的一种基于导航系统的三波束激光测速仪标定方法，其特征在于步骤7中所述的标定精度评价分析，具体实现过程说明如下 将标定结果5 K、a、0、Y代入
全文摘要
一种基于导航系统的三波束激光测速仪标定方法，它有七大步骤一、将惯组、差分GPS和激光测速仪安装到载体上，装订初始位置参数至导航计算机；二、捷联惯组预热，采集陀螺和加速度计的输出数据；三、对采集到的输出数据进行预处理；四、启动差分GPS和激光测速仪，系统由对准模式切换到SINS/DGPS模式，载体开始运动；五、采集三个不同时刻的载体不同运动状态下测速仪的输出及SINS/DGPS组合导航系统输出；六、利用最小二乘法分别辨识三个激光测速仪的安装角及标度因数误差；七、标定精度评价分析。本发明利用捷联惯导与组合导航系统输出速度精度高的特点对三波束激光测速仪实现精确标定，它在惯性导航技术领域里具有实用价值。
文档编号G01C25/00GK102706365SQ20121020806
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者宋凝芳, 尹俊杰, 张小跃, 张春熹, 林志立, 潘建业 申请人:北京航空航天大学