MEMS惯导安装误差的标定方法、存储介质和控制计算机

摘要

本发明公开了一种MEMS惯导安装误差的标定方法、存储介质和控制计算机，MEMS惯导安装于吊舱内部，并随吊舱框架转动，方法包括：利用主惯导和吊舱的框架角，确定MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵；实时更新MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，得到实时转换矩阵；采用速度和位置匹配的方式建立卡尔曼滤波器；获取GNSS导航系统当前时刻输出的速度和位置，利用卡尔曼滤波器得到MEMS惯导的安装误差；根据安装误差和当前时刻的实时转换矩阵，得到当前时刻导航坐标系下的姿态信息。该MEMS惯导安装误差的标定方法简单易实现，并且能够应用于临时更换MEMS惯导的情景，极大地提高了MEMS惯导系统的使用效率。

权利要求

1.一种MEMS惯导安装误差的标定方法，其特征在于，所述MEMS惯导安装于吊舱内部，并随吊舱框架转动，所述方法包括如下步骤：利用主惯导和所述吊舱的框架角，确定MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，记为初始转换矩阵；

在所述MEMS惯导工作过程中，利用所述MEMS惯导内部陀螺的输出信息实时更新所述MEMS惯导坐标系相对所述导航坐标系的姿态转换矩阵，得到实时转换矩阵；

采用速度和位置匹配的方式建立卡尔曼滤波器；

获取GNSS导航系统当前时刻输出的速度和位置，并利用所述卡尔曼滤波器根据所述速度和位置，得到所述MEMS惯导的安装误差；

根据所述安装误差和所述当前时刻的实时转换矩阵，得到所述当前时刻所述导航坐标系下的姿态信息；

其中，所述利用主惯导和所述吊舱的框架角，确定导航坐标系与MEMS惯导坐标系之间的姿态转换矩阵，包括：根据所述主惯导的姿态输出信息，建立主惯导姿态角矩阵 ，其中，M表示主惯导坐标系，N表示所述导航坐标系；

根据所述吊舱的框架角，建立框架角矩阵 ，其中，， 为方位框架角， 为俯仰框架角，b为所述MEMS惯导坐标系；

根据所述主惯导姿态角矩阵和所述框架角矩阵，得到所述初始转换矩阵 ，其中，。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用速度和位置匹配的方式建立卡尔曼滤波器，包括：采用速度和位置匹配的方式建立所述卡尔曼滤波器的状态变量和观测方程。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主惯导和所述吊舱共用安装基座，所述状态变量为：X= ，其中，X为所述状态变量，

分别为所述MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的姿态误差角， 分别为所述MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的速度误差， 分别为所述MEMS惯导的位置误差中的经度误差、纬度误差、高度误差， 分别为所述MEMS惯导内部陀螺在X、Y、Z轴向上的零偏， 分别为所述MEMS惯导内部加速度计在X、Y、Z轴向上的零偏，分别为所述MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的安装误差。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用速度和位置匹配的方式建立所述卡尔曼滤波器的观测方程，包括：建立观测向量，其中，所述观测向量包括位置观测向量、速度观测向量和所述MEMS惯导的安装误差观测向量；

根据所述观测向量和所述状态变量建立所述观测方程，如下：，其中，Z为所述观测向量，H为观测系数矩阵，X为所述状态变量，R为观测噪声矩阵。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述速度观测向量为： ，

所述位置观测向量为： ，

所述安装误差观测向量为： ，

其中， 为所述MEMS惯导输出的速度， 分别为所述MEMS惯导输出的经度、纬度、高度， 为所述GNSS导航系统输出的速度，为所述GNSS导航系统输出的经度、纬度、高度， 为考虑所述MEMS惯导的安装误差时，所述MEMS惯导坐标系相对所述导航坐标系的姿态转换矩阵, 为k时刻的实时转换矩阵。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，R为9×9的对角矩阵，其中， ，

， ，其余为零元素；

H矩阵的非零元素为 ，

，其中， 为k时刻的实时转换矩阵。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述安装误差和所述当前时刻的实时转换矩阵，得到所述MEMS惯导在所述导航坐标系下的姿态信息，包括：通过下式得到考虑所述MEMS惯导的安装误差时，所述MEMS惯导坐标系相对所述导航坐标系的姿态转换矩阵 ：，

其中， ；

根据 得到所述MEMS惯导在所述导航坐标系下的姿态信息，如下：横滚角 ，

俯仰角 ，

航向角 ， 中的下角标（2，3）表示 矩阵的第二行、第三列对应元素。

8.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1‑7中任一项所述的方法。

9.一种控制计算机，包括存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1‑7中任一项所述的方法。

说明书

MEMS惯导安装误差的标定方法、存储介质和控制计算机

技术领域

[0001] 本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种MEMS惯导安装误差的标定方法、存储介质和控制计算机。

背景技术

[0002] 吊舱稳定平台承载着POS（Positionand Orientation System，定位定向系统）和数据采集系统，本体结构包括俯仰和方位两个框架系统，其中俯仰框与成像载荷采用一体
化设计，作为一个整体安装在俯仰轴上。吊舱稳定平台一方面利用速率陀螺测量载机的振
动和扰动，产生反作用力矩，隔离飞机的振动和外界扰动，保持视轴的稳定，从而减小载机
振动和外界扰动对目标探测的影响；另一方面要实时的接收MEMS（Micro‑Electro‑
MechanicalSystem，微机电系统）惯导测量的姿态和位置信息，实现姿态调整，从而实时的
跟踪被测目标。吊舱控制系统能否快速、准确的跟踪指令姿态，能否有效隔离载机振动和外
界的扰动和实时保持视轴的稳定，将直接影响到数据采集质量、被测目标跟踪精度，最终影
响采集到的数据的可靠性，关系到遥测任务能否高效、高质量地完成。

[0003] 一般受惯性器件尺寸、功耗等因素限制，特别是MEMS惯性器件相对光学陀螺精度较低的影响，无法将惯性导航与控制系统直接安装在吊舱随动俯仰框架上，只能是通过高
精度的光学主惯导或外部惯导通过数学方法推算吊舱姿态，并对载机转动进行解耦。这种
方式不可避免的会引入框架角误差、主惯导减震器产生的安装偏差等，影响机载吊舱对目
标的探测精度。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种MEMS惯导安装误差的标定方法，该MEMS惯导安装误差的标定方法相
较于在实验室条件下的安装误差标定方法节省了步骤，并且能够应用于临时更换MEMS惯导
的情景，极大地提高了MEMS惯导系统的使用效率。

[0005] 为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出一种MEMS惯导安装误差的标定方法，所述MEMS惯导安装于吊舱内部，并随吊舱框架转动，所述方法包括如下步骤：利用主惯
导和所述吊舱的框架角，确定MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，记为初始
转换矩阵；在MEMS惯导工作过程中，利用MEMS惯导内部陀螺的输出信息实时更新MEMS惯导
坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，得到实时转换矩阵；采用速度和位置匹配的方式
建立卡尔曼滤波器；获取GNSS导航系统当前时刻输出的速度和位置，并利用所述卡尔曼滤
波器根据所述速度和位置，得到所述MEMS惯导的安装误差；根据所述安装误差和所述当前
时刻的实时转换矩阵，得到当前时刻所述导航坐标系下的姿态信息；所述利用主惯导和所
述吊舱的框架角，确定导航坐标系与MEMS惯导坐标系之间的姿态转换矩阵，包括：根据所述
主惯导的姿态输出信息，建立主惯导姿态角矩阵 ，其中，M表示主惯导坐标系，N表示所述
导航坐标系；根据所述吊舱的框架角，建立框架角矩阵 ，其中，

[0006] ， 为方位框架角， 为俯仰框架角，b为所述MEMS惯导坐标系；根据所述主惯导姿态角矩阵和所述框架角矩阵，得到所述初始转
换矩阵 ，其中， 。

[0007] 另外，根据本发明上述实施例提出的MEMS惯导安装误差的标定方法还可以具有如下附加的技术特征：

[0008] 根据本发明的一个实施例，所述采用速度和位置匹配的方式建立卡尔曼滤波器，包括：采用速度和位置匹配的方式建立所述卡尔曼滤波器的状态变量和观测方程。

[0009] 根据本发明的一个实施例，所述主惯导和所述吊舱共用安装基座，所述状态变量为：

[0010] X= ，其中 ，X为所述状态变量，为分别为所述MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的姿态误差角， 分
别为所述MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的速度误差， 分别为所述MEMS惯导位置误
差中的经度误差、纬度误差、高度误差， 分别为所述MEMS惯导内部陀螺在X、Y、
Z轴向上的零偏， 分别为所述MEMS惯导内部加速度计在X、Y、Z轴向上的零偏，
分别为所述MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的安装误差。

[0011] 根据本发明的一个实施例，采用速度和位置匹配的方式建立所述卡尔曼滤波器的观测方程，包括：建立观测向量，其中，所述观测向量包括位置观测向量、速度观测向量和所
述MEMS惯导的安装误差观测向量；根据所述观测向量和所述状态变量建立所述观测方程，
如下： ，其中，Z为所述观测向量，H为观测系数矩阵，X为所述状态变量，R
为观测噪声矩阵。

[0012] 根据本发明的一个实施例，所述速度观测向量为： ，所述位置观测向量为： ，所述安装误差观测向量为： ，其中，
为所述MEMS惯导输出的速度， 分别为所述MEMS惯导输出的经度、纬度、
高度， 为所述GNSS导航系统输出的速度， 为所述
GNSS导航系统输出的经度、纬度、高度， 为考虑所述MEMS惯导的安装误差时，所述MEMS惯
导坐标系相对所述导航坐标系的姿态转换矩阵， 为k时刻的实时转换矩阵。

[0013] 根 据 本 发 明 的 一 个 实 施 例 ，R 为 9 × 9 的 对 角 矩 阵 ，其 中 ，， ，
，其余为零元素；H矩阵的非零元素为
， ，其中， 为时刻的实
时转换矩阵。

[0014] 根据本发明的一个实施例，所述根据所述安装误差和所述当前时刻的实时转换矩阵，得到所述MEMS惯导在所述导航坐标系下的姿态信息，包括：通过下式得到考虑所述MEMS
惯导的安装误差时，所述MEMS惯导坐标系相对所述导航坐标系的姿态转换矩阵 ：
，其中， ；根据 得到所述MEMS惯导在所述导
航坐标系下的姿态信息，如下：横滚角 ，俯仰角
，航向角 。

[0015] 为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述的方法。

[0016] 为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种控制计算机，包括存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如
上述的方法。

[0017] 本发明实施例的MEMS惯导安装误差的标定方法、存储介质和控制计算机，将MEMS惯导系统安装于吊舱内部，并随吊舱框架转动，为消除MEMS惯导的安装误差，首先利用主惯
导的姿态输出信息和吊舱的框架角，确定MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩
阵，记为初始转换矩阵，在MEMS惯导工作过程中，利用MEMS惯导内部陀螺的输出信息实时更
新MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，得到实时转换矩阵，后建立卡尔曼滤
波器，利用卡尔曼滤波器结合导航系统输出的速度和位置，得到MEMS惯导的安装误差，最后
根据安装误差和初始转换矩阵，得到导航坐标系下的姿态信息，完成对MEMS惯导安装误差
的标定，该MEMS惯导安装误差的标定方法相较于在实验室条件下的安装误差标定方法节省
了步骤，简单易实现，并且能够应用于临时更换MEMS惯导的情景，极大地提高了MEMS惯导系
统的使用效率。

[0018] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0019] 图1是本发明一个实施例的MEMS惯导安装误差的标定方法的流程图；

[0020] 图2是本发明一个实施例的MEMS惯导安装于吊舱内部的结构示意图；

[0021] 图3是本发明一个实施例的确定导航坐标系与MEMS惯导坐标系之间的初始转换矩阵的流程图；

[0022] 图4是本发明一个实施例的建立卡尔曼滤波器的观测方程的流程图；

[0023] 图5是本发明一个实施例的得到MEMS惯导在导航坐标系下的姿态信息的流程图；

[0024] 图6是本发明一个实施例的MEMS惯导、吊舱控制系统和主惯导的工作示意图；

[0025] 图7是本发明一个实施例的控制计算机的结构示意图。

具体实施方式

[0026] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0027] 下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明实施例的MEMS惯导安装误差的标定方法、存储介质和控制计算机进行详细地说明。

[0028] 图1是本发明一个实施例的MEMS惯导安装误差的标定方法的流程图。

[0029] 在本发明的一个实施例中，MEMS惯导安装于吊舱内部，并随吊舱框架转动，如图1所示，MEMS惯导安装误差的标定方法包括如下步骤：

[0030] S1，利用主惯导和吊舱的框架角，确定MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，记为初始转换矩阵。

[0031] 具体地，本发明将MEMS惯导安装于吊舱内部，MEMS惯导跟随吊舱框架转动，解决了利用高精度的光学主惯导或外部惯导通过数学方法推算吊舱姿态的物理性限制问题，但将
MEMS惯导安装于吊舱内部无可避免的引入安装误差，从而影响机载吊舱的探测精度，本发
明的MEMS惯导安装误差的标定方法可一定程度上消除安装误差，提高探测精度。

[0032] 进一步具体地，主惯导、MEMS惯导与吊舱之间的安装关系如图2所示，MEMS惯导安装于吊舱内部，为飞机提供位置和姿态信息的机载惯导作为系统主惯导，MEMS惯导分别与
主惯导和控制计算机相连。在不考虑安装误差的情况下，MEMS惯导与吊舱内部的探测系统
坐标系是一致的。利用主惯导和吊舱的框架角，可确定导航坐标系与MEMS惯导坐标系之间
的初始转换矩阵 。

[0033] 在本发明的一个实施例中，如图3所示，利用主惯导和吊舱的框架角，确定导航坐标系与MEMS惯导坐标系之间的初始转换矩阵 ，包括：

[0034] S11，根据主惯导的姿态输出信息，建立主惯导姿态角矩阵 ，其中，M表示主惯导坐标系，N表示导航坐标系。

[0035] S12，根据吊舱的框架角，建立框架角矩阵 ，其中，， 为方位框架角， 为俯仰框架角，b为MEMS
惯导坐标系。

[0036] S13，根据主惯导姿态角矩阵和框架角矩阵，得到初始转换矩阵 ，其中，。

[0037] 具体地，在飞机系统上电后，主惯导输出姿态信息，根据主惯导的姿态输出信息，建立主惯导姿态角矩阵 ，其中，M表示主惯导坐标系，N表示导航坐标系。主惯导姿态角矩
阵 为主惯导坐标系与导航坐标系之间的转换矩阵。

[0038] 进一步具体地，吊舱输出框架角，包括方位框架角和俯仰框架角，根据吊舱的框架角，建立框架角矩阵 ，框架角矩阵的公式如上式所示，其中，b为MEMS惯导坐标系，框架角
矩阵 为主惯导与MEMS惯导之间的转换矩阵，主要是由于框架转动引起的。

[0039] S２，在MEMS惯导工作过程中，利用MEMS惯导内部陀螺的输出信息实时更新MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，得到实时转换矩阵。

[0040] 具体地，结合MEMS惯导初始时刻的主惯导坐标系与导航坐标系之间的转换矩阵和主惯导与框架角矩阵，可得到导航坐标系与MEMS惯导坐标系之间的初始转换矩阵 。在
MEMS惯导工作过程中，MEMS惯导内部陀螺实时输出信息，此时可在初始转换矩阵 的基
础上结合行业周知的惯性导航算法惯性递推得到任意k时刻的 ， 是MEMS惯导坐标
系相对于导航坐标系的姿态转换矩阵，将该矩阵逆运算得到导航坐标系相对于MEMS惯导坐
标系的姿态转换矩阵 。

[0041] 需要说明的是，由于飞机系统初次使用未经过安装偏差的标定，因此上述初始转换矩阵中是包含有安装误差的，使得实时转换矩阵中也包含安装误差，需要在导航过程中
标定并补偿。本发明运用卡尔曼滤波器对MEMS惯导与主惯导姿态进行姿态组合，对MEMS惯
导输出的位置、速度信息与GNSS输出的位置、速度信息进行位置、速度修正。

[0042] S３，采用速度和位置匹配的方式建立卡尔曼滤波器。

[0043] 具体地，卡尔曼滤波器建立之后，利用卡尔曼滤波器对安装误差进行估计，在标定过程中，由于主惯导安装基座即代表吊舱安装基座，因此引入主惯导姿态矩阵 作为卡尔
曼滤波器的输入变量，卡尔曼滤波器的输出变量为安装误差的估计量。本发明利用卡尔曼
滤波器的状态变量和观测方程求得安装误差的估计量。

[0044] 在本发明的一个实施例中，采用速度和位置匹配的方式建立卡尔曼滤波器，包括：采用速度和位置匹配的方式建立卡尔曼滤波器的状态变量和观测方程。

[0045] 具体地，首先建立卡尔曼滤波器的状态变量，卡尔曼滤波器的状态变量由MEMS惯导的姿态误差信息、MEMS惯导的速度、位置误差信息和MEMS惯导的安装误差的估计值构成。

[0046] 在本发明的一个实施例中，主惯导和吊舱共用安装基座，状态变量为：

[0047] X = ，其 中 ，X 为 状 态 变 量 ，分别为MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的姿态误差角， 分别为
MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的速度误差， 分别为MEMS惯导的位置误差中的经度
误差、纬度误差、高度误差， 分别为MEMS惯导内部陀螺在X、Y、Z轴向上的零偏，
分别为MEMS惯导内部加速度计在X、Y、Z轴向上的零偏， 分别为
MEMS惯导在X、Y、Z轴向上的安装误差。

[0048] 需要说明的是，MEMS惯导的初始速度位置信息根据GNSS（Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统）模块定位获取，GNSS模块获得初始位置和速度信息，
按照通用的惯性导航计算流程迭代计算得到MEMS惯导的实时位置、速度，分别记为
和 。状态变量中的 为三个安装偏差角。卡尔曼滤波器的
状态变量建立完成后，再建立卡尔曼滤波器的观测方程。

[0049] 在本发明的一个实施例中，如图4所示，采用速度和位置匹配的方式建立卡尔曼滤波器的观测方程，包括：

[0050] S３1，建立观测向量，其中，观测向量包括位置观测向量、速度观测向量和MEMS惯导的安装误差观测向量。

[0051] 具体地，引入吊舱内部坐标系，在吊舱框架转动过程中，在不考虑MEMS惯导安装误差的情况下，MEMS惯导相对导航坐标系的姿态转换矩阵 与 是一致的，但实际上两者
不一致，两个矩阵之间的偏差即为安装误差姿态角。通过与GNSS导航系统的位置、速度建立
MEMS惯导坐标系与GNSS系统代表的导航坐标系之间的转换矩阵，即为位置观测向量和速度
观测向量。

[0052] 进一步具体地，在考虑安装偏差的情况下，待估计量 为三个安装偏差角，可构成反对称阵 ，根据惯性导航理论建立方程
，得到 ，反对称阵右项对应元素即为安装误差的观测
量，由此可确定安装误差观测向量。

[0053] 在本发明的一个实施例中，速度观测向量为： ，

[0054] 位置观测向量为： ，

[0055] 安装误差观测向量为： ，

[0056] 其中， 为MEMS惯导输出的速度， 分别为MEMS惯导输出的经度、纬度、高度， 为GNSS导航系统输出的速度， 为GNSS导
航系统输出的经度、纬度、高度， 为考虑MEMS惯导的安装误差时，MEMS惯导坐标系相对导
航坐标系的姿态转换矩阵。

[0057] 需要说明的是，安装误差观测向量的下角标（2,3）表示矩阵的第二行、第三列对应元素数值，其他同理。由速度观测向量Z1，位置观测向量Z2，安装误差观测向量Z3构成卡尔
曼滤波器的观测向量Z， 。

[0058] S３2，根据观测向量和状态变量建立观测方程，如下：

[0059]

[0060] 其中，Z为观测向量，H为观测系数矩阵，X为状态变量，R为观测噪声矩阵。

[0061] 在本发明的一个实施例中，观测噪声矩阵R为9×9的对角矩阵，其中，， ，
，其余为零元素。H矩阵的非零元素为
， ，其中， 为当前时刻
的实时转换矩阵。

[0062] 需要说明的是，利用卡尔曼滤波器实现对安装误差的估计，估计的偏差角可记录在固态存储器中，以备后续工作中直接使用。

[0063] S４，获取GNSS导航系统输出的速度和位置，并利用卡尔曼滤波器根据速度和位置，得到MEMS惯导的安装误差。

[0064] 具体地，建立卡尔曼滤波器之后，主惯导姿态矩阵 作为卡尔曼滤波器的输入变量，根据GNSS导航系统输出的速度和位置和MEMS惯导输出的速度、位置构建观测向量，对
MEMS惯导的安装误差进行观测，卡尔曼滤波器的输出安装误差的估计量，则得到MEMS惯导
的安装误差。得到的安装误差为三个方向的安装偏差角。

[0065] S５，根据安装误差和当前时刻的实时转换矩阵，得到导航坐标系下的姿态信息。

[0066] 具体地，得到MEMS惯导的安装误差和MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的初始转换矩阵 后，利用行业周知的惯性导航算法，根据MEMS惯导内的陀螺输出实时更新转换
矩阵 ，得到安装误差矩阵后利用安装误差对转换矩阵进行修正，得到实际上MEMS惯导
坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，从而得到MEMS惯导在导航坐标系下的姿态信息。

[0067] 在本发明的一个实施例中，如图5所示，根据安装误差和当前时刻的实时转换矩阵，得到MEMS惯导在导航坐标系下的姿态信息，包括：

[0068] S５1，通过下式得到考虑MEMS惯导的安装误差时，MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵 ：

[0069] ，

[0070] 其中， 。

[0071] 具体地，通过卡尔曼滤波器观测得到MEMS惯导的安装误差 ，则反对称阵为已知量，由步骤２获取转换矩阵 ，通过上式计算得到MEMS惯导坐标系相对导航
坐标系的姿态转换矩阵 ，该姿态转换矩阵为MEMS惯导坐标系实际上相对于吊舱内部坐
标系的转换矩阵。

[0072] S５2，根据 得到MEMS惯导在导航坐标系下的姿态信息，如下：

[0073] 横滚角 ，

[0074] 俯仰角 ，

[0075] 航向角 。

[0076] 具体地，姿态信息分为横滚角、俯仰角、航向角三个方向，公式如上所示，该姿态信息为吊舱探测系统搜索到目标后，MEMS惯导输出的姿态信息扣除安装误差后的当前探测系
统视轴的姿态信息。

[0077] 图6是本发明一个实施例的MEMS惯导、吊舱控制系统和主惯导的工作示意图。

[0078] 如图6所示，在飞机探测系统工作时，吊舱控制系统对吊舱框架进行控制，同时输出吊舱框架角，MEMS惯导技术得到吊舱姿态矩阵，主惯导系统输出姿态信息，GNSS导航系统
输出位置和速度信息，MEMS惯导根据位置和速度信息以及吊舱姿态矩阵完成对准，并输出
MEMS惯导安装误差，补偿安装偏差，构成闭环系统。将MEMS惯导自身的姿态误差、陀螺零偏
与在吊舱安装的误差角等多项误差源进行集中处理，可将相关误差进行有效解耦，避免造
成安装误差与MEMS惯导自身姿态误差之间产生耦合，提高算法精度。

[0079] 本发明实施例的MEMS惯导安装误差的标定方法，将MEMS惯导系统安装于吊舱内部，并随吊舱框架转动，为消除MEMS惯导的安装误差，首先利用主惯导的姿态输出信息和吊
舱的框架角，确定MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，记为初始转换矩阵，在
MEMS惯导工作过程中，利用MEMS惯导内部陀螺的输出信息实时更新MEMS惯导坐标系相对导
航坐标系的姿态转换矩阵，得到实时转换矩阵，后建立卡尔曼滤波器，利用卡尔曼滤波器结
合导航系统输出的速度和位置，得到MEMS惯导的安装误差，最后根据安装误差和初始转换
矩阵，得到导航坐标系下的姿态信息，完成对MEMS惯导安装误差的标定，该MEMS惯导安装误
差的标定方法相较于在实验室条件下的安装误差标定方法节省了步骤，并且能够应用于临
时更换MEMS惯导的情景，极大地提高了MEMS惯导系统的使用效率。并且将MEMS自身的姿态
误差、陀螺零偏与在吊舱安装的误差角等多项误差源进行集中处理，将相关误差进行有效
解耦，避免造成安装误差与MEMS惯导自身姿态误差之间产生耦合，提高算法精度。为后续光
电测量系统研发及被测目标定位策略提供新思路、新途径，可提高光电测量系统的可靠性
并降低产品成本。

[0080] 本发明还提出了一种非易失性计算机可读存储介质。

[0081] 在本发明的一个实施例中，非易失性计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上述的MEMS惯导安装误差的标定方法。

[0082] 本发明还提出了一种控制计算机。

[0083] 图7是本发明一个实施例的控制计算机的结构示意图。如图7所示，控制计算机500包括：处理器501和存储器503。其中，处理器501和存储器503相连，如通过总线502相连。可
选地，控制计算机500还可以包括收发器504。需要说明的是，实际应用中收发器504不限于
一个，该控制计算机500的结构并不构成对本发明实施例的限定。

[0084] 处理器501可以是CPU（Central Processing Unit，中央处理器），通用处理器，DSP（Digital Signal Processor，数据信号处理器），ASIC（Application Specific 
IntegratedCircuit，专用集成电路），FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程
门阵列）或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实
现或执行结合本发明公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框、模块和电路。处理器501也
可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合
等。

[0085] 总线502可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线502可以是PCI（Peripheral  ComponentInterconnect，外设部件互连标准）总线或EISA
（ExtendedIndustry Standard Architecture，扩展工业标准结构）总线等。总线502可以分
为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一条粗线表示，但并不表示仅
有一根总线或一种类型的总线。

[0086] 存储器503用于存储与本发明上述实施例的异步串行通讯方法对应的计算机程序，该计算机程序由处理器501来控制执行。处理器501用于执行存储器503中存储的计算机
程序，以实现前述方法实施例所示的内容。

[0087] 其中，控制计算机500包括但不限于：移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA（个人数字助理）、PAD（平板电脑）、PMP（便携式多媒体播放器）、车载终端（例如车载导航终
端）等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图7示出的控制计算机
500仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。

[0088] 本发明实施例的MEMS惯导安装误差的标定方法、存储介质和控制计算机，将MEMS惯导系统安装于吊舱内部，并随吊舱框架转动，为消除MEMS惯导的安装误差，首先利用主惯
导的姿态输出信息和吊舱的框架角，确定MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩
阵，记为初始转换矩阵，在MEMS惯导工作过程中，利用MEMS惯导内部陀螺的输出信息实时更
新MEMS惯导坐标系相对导航坐标系的姿态转换矩阵，得到实时转换矩阵，后建立卡尔曼滤
波器，利用卡尔曼滤波器结合导航系统输出的速度和位置，得到MEMS惯导的安装误差，最后
根据安装误差和初始转换矩阵，得到导航坐标系下的姿态信息，完成对MEMS惯导安装误差
的标定，该MEMS惯导安装误差的标定方法相较于在实验室条件下的安装误差标定方法节省
了步骤，并且能够应用于临时更换MEMS惯导的情景，极大地提高了MEMS惯导系统的使用效
率。并且将MEMS自身的姿态误差、陀螺零偏与在吊舱安装的误差角等多项误差源进行集中
处理，将相关误差进行有效解耦，避免造成安装误差与MEMS惯导自身姿态误差之间产生耦
合，提高算法精度。为后续光电测量系统研发及被测目标定位策略提供新思路、新途径，可
提高光电测量系统的可靠性并降低产品成本。

[0089] 需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可
读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其
他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行
系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、
通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设
备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或
多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只
读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光
盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其
他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必
要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器
中。

[0090] 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件
或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下
列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路
的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场
可编程门阵列（FPGA）等。

[0091] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何
的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0092] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0093] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0094] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0095] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0096] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。