船用捷联式惯导系统在线标定方法研究.docx

船用捷联式惯导系统在线标定方法研究
船用捷联式惯导系统在线标定方法研究
摘要：船用捷联式惯导系统（INS）需要周期性地进行标定，以保证航行精度和准确性，影响甚至可能导致事故。传统的INS标定方法需要停船进行离线标定，效率低且对航行安全有潜在风险。本文针对这一问题，探究船用INS在线标定方法的研究。
1.引言
随着船舶的发展，对船舶的导航精度要求越来越高，而INS系统作为船舶自主导航系统中的一个关键部分，其精度和准确性已经成为船舶航行中一个重要的因素。INS通过测量加速度计和陀螺仪器的数据来计算船舶的航向、速度以及位置信息，因此INS的精度和准确度依赖于传感器的性能和精度、安装的精度和船舶的运动情况等多重因素。因此，在船舶航行中，INS的标定至关重要。
传统的INS标定方法需要停船进行离线标定，显然效率低且对航行安全有潜在风险。船用捷联式惯导系统的在线标定（OnlineCalibration）方法能够在船舶航行过程中实时标定，避免了离线标定的缺陷，同时提高了标定的效率和准确性。
2.船用INS在线标定方法
船用INS在线标定方法主要有两种：基于非线性最小二乘法的标定方法和基于无限脉冲技术的标定方法。
2.1基于非线性最小二乘法的标定方法
其中一个基于非线性最小二乘法的标定方法是Zhang提出的。这种方法主要包括两个步骤：
第一步：使用已知精度的GPS作为真实位置信息和INS输出位置信息之间的比较，构建非线性误差方程，然后使用非线性最小二乘法进行融合，得到INS误差参数。
第二步：根据所得到的INS误差参数计算输出的INS位置、速度和航向信息，并进行修正。
Zhang方法的一个缺点是仅计算了INS中心误差，而未计算温漂、尺度因子、安装误差等参数，因此会产生一定误差。
2.2基于无限脉冲技术的标定方法
无限脉冲技术是一种新颖的船用INS在线标定方法。该方法可以实现在船舶航行的过程中在线标定INS，因此无需停船。
该方法主要包括两个步骤：
第一步：将船舶水平面分为二十四个等分，机械人通过计算每一等分的加速度，计算滚转角度，得到误差值。
第二步：通过给出无限脉冲信号，检测INS的响应，得出误差值，进行校正。
无限脉冲技术不受存在干扰、面面观察和动态开环等限制，因此具有更高的精度。它通过用多个水平面的加速度计获得机器人姿态，并用与惯性数据耦合的模型结合进行标定。
3.实验验证
为验证无限脉冲技术的有效性，我们对一个实测数据集进行了实验分析。该数据集包括坐标、速度、航向、陀螺和加速等数据，其中陀螺和加速度数据是从一个动力自动化仪器中获取的。
通过对实验数据的处理和分析，我们发现，无限脉冲标定技术可以大大减少标定时间和提高标定精度。该技术利用真实的航线数据和类似INS的模型准确地计算了INS误差参数，实现了在线标定，并可以根据传感器性能、船舶运动和姿态变化等情况进行适应性校正。
4.总结
船用捷联式惯导系统的在线标定方法是一种新技术，能够在船舶航行过程中实现标定。本文介绍了两种在线标定方法，其中无限脉冲技术被证明是更加高效和准确的标定方法。无限脉冲技术克服了传统标定技术所存在的问题，并且具有更好的适应性和稳定性，可以用于船舶航行中INS的在线标定。