本发明涉及惯性导航系统误差标定与补偿，是一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法。
背景技术：
1、惯性导航是一种完全自主、不受外部环境影响的导航技术，它利用惯性传感器陀螺仪和加速度计来测量载体在惯性空间中的角速度和加速度，从而计算出载体的姿态、速度和位置信息。惯性导航技术能够持续地为载体提供自身的位置、速度、姿态、角速度和加速度等导航信息，惯性导航系统广泛的应用于航空、航天、航海等军事和民用领域。
2、惯性导航系统通常分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统，平台式惯性导航系统将加速度计放置在惯性稳定平台上，通过陀螺仪稳定平台，准确地保持加速度计在空间的角位置，为速度和位置计算提供基准；捷联式惯性导航系统直接把惯性测量器件“捆绑”在运载体上，通过实时求解捷联矩阵实现用“数学平台”代替“物理平台”的作用，通过“数学平台”将加速度计测量数据转换为导航坐标系下的加速度，再经积分运算后得到运载体的速度和位置等信息，捷联惯性导航系统由于无需稳定平台相对于平台惯性导航系统其结构更加简单，因此得到了更加广泛的应用。
3、在高精度导航定位测量中，为了得到高精度的测量输出数据，通常捷联惯性导航系统出厂前会进行精确的误差标定与补偿，但是仍旧会有部分残余误差存在，如陀螺仪残余零偏和残余标度因素误差等，尤其残余标度因数误差受环境温度变化影响更大，若不及时标定补偿会对捷联惯性导航系统航向测量输出产生较大影响，使得航向角测量输出不稳定导致精度降低。
4、以往文献中，针对捷联惯性导航系统残余标度因数误差标定与补偿方法，例如在专利申请号为202010690327.1，名称为“一种光纤捷联惯导系统的自标定方法”的专利文献中公开了一种光纤捷联惯导系统误差的自标定方法，通过提前构建卡尔曼滤波模型，结合系统航向角180度的转动信息，实现了陀螺常值漂移量和加速度计常值零偏量的自标定和姿态高精度保持。在专利申请号为201711143868.7，名称为“一种捷联惯导系统无基准的系统级标定方法”的专利文献中公开了一种捷联惯导系统无基准的系统级标定方法，该方法可在无基准条件下，实现惯导在不同初始姿态、不同转动次序下的高精度标定。在已发表的文章中，如在《导航与控制》第18卷第4期袁鹏，杨雨，陈光等一篇《舰载捷联惯导系统的航行中快速在线标定》文章中提出了一种捷联惯导系统在航行中快速在线标定的方法，建立以陀螺仪和加速度计零偏、标度因数误差等15个误差量为状态量，以速度误差和位置误差为量测量的简化卡尔曼滤波模型，同时，设计了一种可由惯导系统中的双轴旋转机构实现的标定路径，实现了误差量在1800s内的快速自标定。以上所述捷联惯性导航系统标定方法尽管取得了有益的标定效果，但是均需要提前构建基于卡尔曼滤波的误差标定状态模型和量测模型，同时尽管不需要基准信息但是都需要两轴旋转机构实现在线标定所需的不同次序旋转。
5、针对高精度捷联惯性导航系统航向标度因数误差随温度变化不稳定和航向测量输出误差大的问题，本发明提出了一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法。本发明在捷联惯性导航系统初始对准完成后，通过设计两次顺逆时针360度旋转获取新的航向角信息，将新的航向角信息与初始对准航向角信息比对在线构造标度因数误差补偿量，然后，将标度因数误差补偿量存储并对陀螺仪天向轴输出实时补偿，实现了捷联惯性导航系统航向误差在线标定和航向角信息的高精度测量与输出。
技术实现思路
1、本发明在捷联惯性导航系统初始对准完成后，通过设计两次顺逆时针360度旋转获取新的航向角信息，将新的航向角信息与初始对准航向角信息比对在线构造标度因数误差补偿量，然后，将标度因数误差补偿量存储并对陀螺仪天向轴输出实时补偿，实现了捷联惯性导航系统航向误差在线标定和航向角信息的高精度测量与输出。基于此，本发明提供一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法。
2、本发明提供了一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法，本发明提供了以下技术方案：
3、一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法，所述方法包括以下步骤：
4、所述方法包括以下步骤：
5、步骤1、装订捷联惯性导航系统初始位置信息，完成系统启动和初始化；
6、步骤2、将捷联惯性导航系统静置60s，采集一段时间惯性测量单元静态数据完成初始对准，构建初始姿态矩阵和获取初始航向角ψori；
7、步骤3、将初始姿态矩阵转化为初始四元数，并归一化初始四元数；
8、步骤4、将捷联惯性导航系统逆时针旋转360度，并实时更新姿态四元数；
9、步骤5、保持捷联惯性导航系统静止5s，获取逆时针旋转后的航向角ψ+：
10、
11、步骤6、利用逆时针旋转后获取的新航向角ψ+和初始对准完成后获取的原始航向角ψori构造航向标度因数误差补偿量δk+：
12、
13、步骤7、将捷联惯性导航系统顺时针旋转360度，并实时更新姿态四元数；
14、步骤8、保持捷联惯性导航系统静止5s，获取顺时针旋转后的航向角ψ-：
15、
16、步骤9、利用顺时针旋转后获取的新航向角ψ-和初始对准完成后获取的原始航向角ψori构造航向标度因数误差补偿量δk-；
17、步骤10、将获取的正向和反向标度因数误差补偿量δk+和δk-存储，并利用标度因数误差补偿量对采样的天向陀螺仪输出数据实时补偿。
18、优选地，所述步骤2具体为：
19、初始姿态矩阵获取方法为：
20、
21、其中，表示惯性测量单元三轴加速度计测量输出值，表示惯性测量单元三轴陀螺仪测量输出值，l为当地纬度，g表示当地重力加速度；
22、初始航向角获取方法为：
23、
24、优选地，所述步骤3具体为：
25、初始姿态矩阵转化为初始四元数：
26、
27、初始四元数归一化：
28、
29、其中，cij(i＝1,2,3；j＝1,2,3)表示姿态矩阵中的元素，q0表示初始姿态四元数。
30、优选地，所述步骤4具体为：
31、四元数实时更新方程为：
32、
33、其中，ωi(i＝1,2,3)表示陀螺仪三次采样输出构成的反对称矩阵，t为采样时间间隔，ωi(i＝1,2,3)获取如下：
34、
35、
36、
37、
38、其中，表示三次陀螺仪采样输出获取的载体系相对于导航系的旋转角速率；ve、vn分别表示捷联惯性导航系统的东向速度和北向速度，因为标定过程中只有旋转无线运动，一般工作时东向速度和北向速度均取0；rm为地球子午圈曲率半径，rn为地球卯酉面曲率半径；
39、更新以后的四元数归一化：
40、
41、优选地，所述步骤7具体为：
42、将捷联惯性导航系统顺时针旋转360度，并实时更新姿态四元数，具体方法为：
43、
44、每次更新后归一化四元数：
45、
46、优选地，所述步骤9具体为：
47、利用顺时针旋转后获取的新航向角ψ-和初始对准完成后获取的原始航向角ψori构造航向标度因数误差补偿量δk-为：
48、
49、优选地，所述步骤10具体为：
50、判断天向轴陀螺仪输出是否大于零，当大于零，则天向陀螺仪输出补偿为：
51、
52、当天向轴陀螺仪输出是否小于零，则天向陀螺仪输出补偿为：
53、
54、其中，为陀螺仪天向轴原始测量输出值，为补偿标度因数误差后陀螺仪天向轴测量输出值。
55、一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定系统，其特征是：所述系统执行一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法。
56、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法。
57、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法。
58、本发明具有以下有益效果：
59、本发明与现有技术相比：
60、本发明在捷联惯性导航系统初始对准完成后，通过设计两次顺逆时针360度旋转获取新的航向角信息，将新的航向角信息与初始对准航向角信息比对在线构造标度因数误差补偿量，然后，将标度因数误差补偿量存储并对陀螺仪天向轴输出实时补偿，所需标定时间短，且只需一个平整靠面而无需双轴转台等辅助设备，实现了捷联惯性导航系统航向误差在线标定和航向角信息的高精度测量与输出。
1.一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述步骤2具体为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述步骤3具体为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是：所述步骤4具体为：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述步骤7具体为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述步骤9具体为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是：所述步骤10具体为：
8.一种基于一次正反转次序的捷联惯导航向误差简易在线标定系统，其特征是：所述系统执行权利要求1所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-7的方法。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征是：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7的方法。
