專利名稱：一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量方法，尤其涉及的是一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)標(biāo)定主要是系統(tǒng)中的慣性儀表標(biāo)定。光纖陀螺儀是捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的主要慣性儀表，它是系統(tǒng)硬件中最關(guān)鍵的部件，陀螺儀敏感載體的姿態(tài)角速率，其性能直接關(guān)系到系統(tǒng)的一系列性能指標(biāo)。慣性儀表的誤差是影響慣性系統(tǒng)精度的主要因素。因此 提高慣性儀表的精度是高精度的慣導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)生的必要條件。目前，為了提高慣性儀表的精度，主要有硬件、軟件兩條途徑，硬件方面一是對(duì)原有慣性儀表從物理結(jié)構(gòu)及工藝上進(jìn)行改進(jìn)，二是研究開發(fā)新型的、性能更為優(yōu)越的慣性儀表。軟件方面是對(duì)慣性儀表進(jìn)行測(cè)試，建立誤差模型方程，通過誤差補(bǔ)償來提高儀表的實(shí)際使用精度。然而，單靠改進(jìn)儀表的設(shè)計(jì)來 提高慣性儀表的精度在加工、制造、裝配及調(diào)試中遇到的困難越來越多，成本也越來越高。因此利用軟件補(bǔ)償來提高實(shí)際使用精度成為一條可行的途徑。這樣，慣性儀表和慣性系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)的重要日益突出，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，通過誤差補(bǔ)償措施提高使用精度，這個(gè)過程也就是標(biāo)定。標(biāo)定技術(shù)本質(zhì)上是一種誤差補(bǔ)償技術(shù)。所謂誤差補(bǔ)償技術(shù)就是建立慣性元件的誤差數(shù)學(xué)模型，通過一定的試驗(yàn)來確定模型系數(shù)，進(jìn)而通過軟件算法來消除誤差。目前慣性元件的標(biāo)定技術(shù)已經(jīng)比較成熟，系統(tǒng)標(biāo)定指從慣導(dǎo)系統(tǒng)精度出發(fā)，考慮到由慣性元件構(gòu)成慣導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)安裝軸向不垂直以及載體運(yùn)動(dòng)環(huán)境的復(fù)雜惡劣性等因素的影響，建立慣性元件的誤差數(shù)學(xué)模型，最后實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償?shù)倪^程。系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定則利用陀螺儀和加速度計(jì)的輸出進(jìn)行導(dǎo)航解算，以導(dǎo)航誤差作為觀測(cè)量來標(biāo)定系統(tǒng)的誤差參數(shù)。標(biāo)定技術(shù)又存在著多種分類方法。根據(jù)標(biāo)定的場(chǎng)所不同可以分為內(nèi)場(chǎng)標(biāo)定和外場(chǎng)標(biāo)定，這是標(biāo)定的兩個(gè)不同階段，內(nèi)場(chǎng)標(biāo)定是外場(chǎng)標(biāo)定的基礎(chǔ)。根據(jù)標(biāo)定的層次可以分為元件標(biāo)定和系統(tǒng)標(biāo)定。系統(tǒng)標(biāo)定根據(jù)觀測(cè)量的不同又可以分為分立標(biāo)定法和系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定法。但是，隨著光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)光纖陀螺標(biāo)定的要求越來越高，傳統(tǒng)的標(biāo)定方法引進(jìn)了較大的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)速率誤差和標(biāo)定參數(shù)耦合誤差，已不再滿足高精度光纖陀螺組件標(biāo)定的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法，其特征在于實(shí)際工作環(huán)境中載體姿態(tài)信息未知，通過利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)八位置標(biāo)定路徑，分離光纖陀螺儀誤差參數(shù)之間的耦合影響并激勵(lì)出光纖陀螺組件誤差模型的12個(gè)誤差系數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖陀螺誤差參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。其具體步驟如下
(I)將光纖陀螺組件緊固于雙軸轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的臺(tái)面，并對(duì)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)進(jìn)行臺(tái)面調(diào)平和側(cè)面調(diào)平，保證陀螺儀坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系重合，實(shí)驗(yàn)開始前調(diào)整轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)使其平行于當(dāng)?shù)厮矫妫?2)利用全球定位系統(tǒng)GPS確定載體的初始位置參數(shù)，將它們裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中；(3)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱準(zhǔn)備，采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；(4)建立光纖陀螺儀簡(jiǎn)略誤差模型；光纖陀螺與機(jī)械陀螺不同，通過光的傳輸來敏感角速度的變化，不需要任何轉(zhuǎn)動(dòng)部件，是一種真正的全固態(tài)陀螺，其性能從理論上不受加速度的影響。因此，光纖陀螺的主要誤差源包括標(biāo)度因數(shù)誤差、安裝誤差和零位誤差，其誤差模型為
權(quán)利要求
1.一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法，其特征在于包括以下步驟(1)將光纖陀螺組件緊固于雙軸轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的臺(tái)面，并對(duì)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)進(jìn)行臺(tái)面調(diào)平和側(cè)面調(diào)平，保證陀螺儀坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系重合，實(shí)驗(yàn)開始前調(diào)整轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)使其平行于當(dāng)?shù)厮矫妫?2)利用全球定位系統(tǒng)GPS確定載體的初始位置參數(shù)，將它們裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中；(3)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱準(zhǔn)備，采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；(4)建立光纖陀螺儀簡(jiǎn)略誤差模型；光纖陀螺與機(jī)械陀螺不同，通過光的傳輸來敏感角速度的變化，不需要任何轉(zhuǎn)動(dòng)部件， 是一種真正的全固態(tài)陀螺，其性能從理論上不受加速度的影響。因此，光纖陀螺的主要誤差源包括標(biāo)度因數(shù)誤差、安裝誤差和零位誤差，其誤差模型為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法，其特征在于建立光纖陀螺儀簡(jiǎn)略誤差模型，具體包括如下步驟光纖陀螺與機(jī)械陀螺不同，通過光的傳輸來敏感角速度的變化，不需要任何轉(zhuǎn)動(dòng)部件， 是一種真正的全固態(tài)陀螺，其性能從理論上不受加速度的影響。因此，光纖陀螺的主要誤差源包括標(biāo)度因數(shù)誤差、安裝誤差和零位誤差，其誤差模型為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法，其特征在于利用加速度計(jì)敏感的重力加速度分量確定出載體水平姿態(tài)角，具體包括如下步驟當(dāng)載體相對(duì)導(dǎo)航坐標(biāo)系存在固定姿態(tài)角時(shí)，可建立載體坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣 C。捷聯(lián)矩陣中元素CijQ, j = 1,2,3)可表示為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法，其特征在于利用轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)八位置轉(zhuǎn)位方案，具體包括如下步驟根據(jù)三軸光纖陀螺組件靜態(tài)誤差數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)八位置標(biāo)定方案標(biāo)定高精度光纖陀螺，按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的標(biāo)定方案編定轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)位程序，在工控機(jī)上設(shè)定轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)控制程序，調(diào)用工控機(jī)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)按如下具體轉(zhuǎn)位方案進(jìn)行控制初始時(shí)刻IMU坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系重合，即IMU處于位置1，然后繞Zb軸分別正向轉(zhuǎn)位 90°依次得到位置2、位置3、位置4;將位置I繞yb軸正向轉(zhuǎn)位180°得到位置5 ;在位置5 的基礎(chǔ)上繞Zb軸分別正向轉(zhuǎn)位90°依次得到位置6、位置7、位置8。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法，其特征在于利用Matlab軟件對(duì)計(jì)算機(jī)采集的陀螺組件在各個(gè)位置上的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到陀螺組件的各項(xiàng)誤差參數(shù)，具體包括如下步驟根據(jù)光纖陀螺誤差模型及MU相對(duì)載體固定的八個(gè)位置處陀螺儀輸入輸出，得到光纖陀螺儀在八個(gè)位置下的表達(dá)式位置I :
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光纖陀螺八位置標(biāo)定方法。將光纖陀螺組件緊固于轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的臺(tái)面，并對(duì)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)進(jìn)行臺(tái)面調(diào)平和側(cè)面調(diào)平，保證陀螺儀坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系重合；通過GPS確定載體的初始位置參數(shù)，并裝訂至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中；捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱準(zhǔn)備，采集光纖陀螺儀和石英加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；利用加速度計(jì)敏感的重力加速度分量確定出載體水平姿態(tài)角；建立光纖陀螺儀簡(jiǎn)略誤差模型；利用雙軸轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)八位置轉(zhuǎn)位方案；采用Matlab軟件對(duì)計(jì)算機(jī)采集的陀螺組件在各個(gè)位置上的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到陀螺組件的各項(xiàng)誤差參數(shù)。本發(fā)明利用轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)提供的八位置標(biāo)定方法可以準(zhǔn)確的計(jì)算出光纖陀螺儀的各個(gè)誤差系數(shù)，在載體姿態(tài)未知條件下完成對(duì)光纖陀螺儀的短時(shí)間、高精度標(biāo)定工作。
文檔編號(hào)G01C25/00GK102692239SQ20121019456
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者孫偉, 徐愛功, 楊琳, 高揚(yáng) 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)