一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光陀螺儀組合誤差系數(shù)分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種誤差系數(shù)標(biāo)定方法，尤其設(shè)及一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光巧螺儀組 合誤差系數(shù)分離方法，屬于捷聯(lián)慣性組合標(biāo)定技術(shù)，可用于標(biāo)定捷聯(lián)慣性組合中巧螺儀組 合的場合。
【背景技術(shù)】
[0002] 巧螺儀是慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的基本測量元件之一，它安裝在運載體內(nèi)部， 用于測量運載體的運動角速度，并通過對角速度的積分，求得載體運動的角度。巧螺儀組合 的性能和精度直接影響導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)的精度，對慣性系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵的作用。捷聯(lián) 慣性組合是將巧螺儀組合和加速度計組合集成在一起并直接安裝在運載體上的慣性測量 裝置。捷聯(lián)慣性組合在結(jié)構(gòu)安裝，慣性儀表W及系統(tǒng)的工程實現(xiàn)中各個環(huán)節(jié)都不可避免的 存在誤差。通常由于存儲、氣候環(huán)境變化、運輸及捷聯(lián)慣性組合自身性能不穩(wěn)定等因素的 影響，組合誤差模型的某些誤差系數(shù)會發(fā)生變化。解決的方法有兩種；一是改進設(shè)計，工藝 及提高元器件的性能指標(biāo)，對影響慣性系統(tǒng)精度的巧螺儀、加速度計、再平衡回路等采取相 應(yīng)的措施使其在壽命周期內(nèi)的變化小到可W滿足要求；二是對系統(tǒng)進行定期標(biāo)定。實踐證 明，單純通過第一種方法來提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度變得越來越困難，成本也越來越高，而 采用第二種來提高系統(tǒng)的精度要容易得多，該是一種成本低、見效快的方法。目前通常采取 的是第二種方法，即對其進行重新標(biāo)定。
[0003] 傳統(tǒng)的重新標(biāo)定方法是每隔一段時間后將慣性系統(tǒng)從運載體上拆卸下來，需要大 型的精密測試設(shè)備和專業(yè)人員的參與，工作量大、成本高、整個過程繁瑣、費時。在民用領(lǐng) 域，其高成本影響了慣性系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，在軍事領(lǐng)域，笨重的地面設(shè)備和復(fù)雜的操作限制 了武器的機動性，制約了武器性能的提高，不利于部隊在技術(shù)陣地和戰(zhàn)備值班時的日常保 障和快速反應(yīng)。
[0004] 在不拆卸慣導(dǎo)的前提下，為了確保系統(tǒng)的對準(zhǔn)和導(dǎo)航精度，提高外場標(biāo)定效率，需 要研究一種新型的基于雙軸旋轉(zhuǎn)的巧螺儀組合誤差系數(shù)的分離方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光 巧螺儀組合誤差系數(shù)分離方法，實現(xiàn)了慣性系統(tǒng)的定期自標(biāo)定。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是；一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光巧螺儀組合誤差系數(shù)分離方 法，步驟如下：
[0007] 1)將捷聯(lián)慣性組合安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上；由捷聯(lián)慣性組合及雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)共 同組成雙軸旋轉(zhuǎn)慣性系統(tǒng)；
[000引 2)推導(dǎo)雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動學(xué)方程；建立雙軸旋轉(zhuǎn)慣性系統(tǒng)中巧螺儀組合的靜 基座誤差模型，進而得出雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的角速度誤差方程；
[0009] 3)調(diào)整雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的基座，使得基座坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系重合；按照十六位置 轉(zhuǎn)位方法依次旋轉(zhuǎn)雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)過程中，在十六個位置處停留時間大于60s;采集轉(zhuǎn) 停全過程中巧螺儀組合的輸出；
[0010] 4)對采集得到的數(shù)據(jù)使用卡爾曼濾波方法實現(xiàn)巧螺儀組合的誤差系數(shù)的分離。
[0011] 步驟2)中雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動學(xué)方程為：
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光陀螺儀組合誤差系數(shù)分離方法，其特征在于步驟如下： 1) 將捷聯(lián)慣性組合安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上；由捷聯(lián)慣性組合及雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)共同組 成雙軸旋轉(zhuǎn)慣性系統(tǒng)； 2) 推導(dǎo)雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動學(xué)方程；建立雙軸旋轉(zhuǎn)慣性系統(tǒng)中陀螺儀組合的靜基座 誤差模型，進而得出雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的角速度誤差方程； 3) 調(diào)整雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的基座，使得基座坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系重合；按照十六位置轉(zhuǎn)位 方法依次旋轉(zhuǎn)雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)過程中，在十六個位置處停留時間大于60s ;采集轉(zhuǎn)停全 過程中陀螺儀組合的輸出； 4) 對采集得到的數(shù)據(jù)使用卡爾曼濾波方法實現(xiàn)陀螺儀組合的誤差系數(shù)的分離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光陀螺儀組合誤差系數(shù)分離方法，其 特征在于：步驟2)中雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動學(xué)方程為：
式中ωχρ、Wyp、ωζρ分別為陀螺儀組合繞本體坐標(biāo)系的三個軸X、Y、Z的絕對角速度分 量；Ωη= ω iecosL，地球轉(zhuǎn)速投影到地理坐標(biāo)系中的北向分量；Ω u= ω iesinL， 地球轉(zhuǎn)速投影到地理坐標(biāo)系中的天向分量；為地球自轉(zhuǎn)角速度；L為對捷聯(lián)慣性組合進 行測試的地點的地球煒度；α為雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)環(huán)軸的旋轉(zhuǎn)角；V為雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)外環(huán)軸 的旋轉(zhuǎn)角；?為雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)環(huán)軸的角速度，> 為雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)外環(huán)軸的角速度； 雙軸旋轉(zhuǎn)慣性系統(tǒng)中陀螺儀組合的靜基座誤差模型為：
式中Λ ωχρ、Λ ?yp、Λ ωζρ為陀螺儀組合的測量誤差；ω x、《y、ωζ為陀螺儀組合經(jīng)補償 得到的角速度輸出值；S Dta、δ Dtly和δ Dtlz為陀螺儀組合的零次項偏差；δ kgx、δ kgy和δ kgz 為陀螺儀組合的標(biāo)度因數(shù)偏差；S EyxS X軸相對于Y軸的安裝誤差角偏差；δ E ZXS X軸相 對于Z軸的安裝誤差角偏差；δ ExyS Y軸相對于X軸的安裝誤差角偏差；δ E "為Y軸相對 于Z軸的安裝誤差角偏差；δ ExzS Z軸相對于X軸的安裝誤差角偏差；δ E YZS Z軸相對于 Y軸的安裝誤差角偏差； 雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的角速度誤差方程為：
式中Δ?為雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)環(huán)軸的角速度誤差，Δ戶為雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)外環(huán)軸的角速度 誤差；△ α為雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)環(huán)軸的旋轉(zhuǎn)角誤差；△ β為雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)外環(huán)軸的旋轉(zhuǎn)角誤 差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光陀螺儀組合誤差系數(shù)分離方法，其 特征在于步驟3)中十六位置轉(zhuǎn)位方法的位置分別為： 位置1 :基座坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系重合時，記錄此時的內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角α (1)和外環(huán)軸旋 轉(zhuǎn)角Ml); 位置2 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度a (2) = a (1)+90°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度β (2) =β⑴； 位置3:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度a (3) = a (1)+180°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (3) = β (I)； 位置4:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (4) = a (1)+270°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (4) = β (I)； 位置5:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (5) = α (I)，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度β (5)= β (1)+180° ； 位置6 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (6) = a (1)+90°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度β (6) =β (1)+180° ； 位置7:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (7) = a (1)+180°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (7) = β (1)+180° ； 位置8:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (8) = a (1)+270°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (8) = β (1)+180° ； 位置9 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (9) = a (1)+90°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度β (9) =β (1)+90° ; 位置10:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (10) = a (1)+270°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (10) = β (1)+90° ; 位置11 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (11) = α (I)，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度β (11)= β (1)+90° ; 位置12:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (12) = a (1)+180°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (12) = β (1)+90° ; 位置13:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (13) = a (1)+270°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (13) = β (1)+270° ; 位置14:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (14) = a (1)+90°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (14) = β (1)+270° ; 位置15:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (15) = a (1)+180°，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度 β (15) = β (1)+270° ; 位置16 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)使內(nèi)環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度α (16) = α (I)，外環(huán)軸旋轉(zhuǎn)角度β (16)= β (1)+270° 〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光陀螺儀組合誤差系數(shù)分離方法，其 特征在于：所述步驟4)中卡爾曼濾波器狀態(tài)方程如下 x = A,k-,x+wk 其中： X = [ δ D0x, δ D0y, δ D0z, δ kgx, δ kgy, δ kgz, δ Εγχ, δ Ezx, δ Εχγ, δ Εζγ, δ Exz, δ Εγζ, Δ α , Δ β]; Φ k,η = [〇 14χ 12, F1' F2T]τ為t η時刻到t k時刻的一步轉(zhuǎn)移矩陣，W k為白噪聲；k為正整 數(shù)； F1= [0 1X2, I, Oix2, ωζ, 〇1χ4, ωχ, oy, 〇, Ωncos β + Ωusin β ] F2= [cos α，-sin α，〇，ω xcos α，- ω ysin α，〇，ω ycos α，ω zcos α，- ω xsin α，- ω zsi η α , 〇ιχ2. "(wXPsin α +?ypcosa ),〇] 卡爾曼濾波器量測方程如下： Zk=HkXk+Vk 其中，Hk為量測矩陣，Vk為量測噪聲序列； 當(dāng)雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)處于靜止位置時，量測向量為： Zk_gyro_l= [Δ α , Δ β ] 量測矩陣為： Hk-gyro-1 - [〇 2X12，工2] I表示單位矩陣； 雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)處于轉(zhuǎn)動過程時，量測向量為： Zk_gyr〇_2= [ 5 k gx, δ kgy, δ kgy, δ Εγχ, δ Ezx, δ Exy, δ Εζγ, δ Exz, δ Εγζ, Δ α , Δ β ] 量測矩陣為：
【專利摘要】一種基于雙軸旋轉(zhuǎn)的激光陀螺儀組合誤差系數(shù)分離方法，首先將捷聯(lián)慣性組合安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上；由捷聯(lián)慣性組合及雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)共同組成雙軸旋轉(zhuǎn)慣性系統(tǒng)；其次推導(dǎo)雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動學(xué)方程；建立雙軸旋轉(zhuǎn)慣性系統(tǒng)中陀螺儀組合的靜基座誤差模型，進而得出雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的角速度誤差方程；調(diào)整雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的基座，使得基座坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系重合；按照十六位置轉(zhuǎn)位方法依次旋轉(zhuǎn)雙軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；采集轉(zhuǎn)停全過程中陀螺儀組合的輸出；最終對采集得到的數(shù)據(jù)使用卡爾曼濾波方法實現(xiàn)陀螺儀組合的誤差系數(shù)的分離。本發(fā)明適用于雙軸旋轉(zhuǎn)慣性系統(tǒng)在靜基座條件下自主標(biāo)校捷聯(lián)慣性組合中陀螺儀組合誤差系數(shù)的場合，避免了系統(tǒng)定期拆卸帶來的繁瑣、復(fù)雜的操作。
【IPC分類】G01C19-64, G01C25-00
【公開號】CN104880182
【申請?zhí)枴緾N201510272131
【發(fā)明人】魏宗康, 黃超
【申請人】北京航天控制儀器研究所
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月25日