一种基准不确定情况下陀螺仪组合误差系数标定方法

摘要

本发明涉及一种误差系数标定方法，尤其涉及一种基准不确定情况下陀螺仪组合误差系数标定方法，属于捷联惯性组合标定技术领域，可用于标定捷联惯性组合中陀螺仪组合的场合。本发明在基准不确定情况下也能将陀螺仪组合误差系数进行标定，提高外场标定效率，并提高标定系数的精度。本发明的方法测试位置多，包含更多的信息，这能够提高标定结果的精度和可靠性；本发明的方法测试耗时少、计算简单，能够快速完成惯性组合陀螺仪组合的标定。仅利用多位置静态测试就标定出陀螺仪组合的误差系数，大大简化了标定流程。进行标定时可以采用的双轴旋转机构可以为双轴精密转台、三轴精密转台或者其他可实现双轴旋转的装置，降低了对测试设备的要求。

主权项

一种基准不确定情况下陀螺仪组合误差系数标定方法，其特征在于：该方法用于在基准不确定情况下计算捷联惯性组合中陀螺仪组合误差模型的系数，在基准不确定情况下，安装在双轴旋转机构上的捷联惯性组合陀螺仪组合误差模型为$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{{\omega }_x}^{\prime }\\ {{\omega }_y}^{\prime }\\ {{\omega }_z}^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1+{\mathrm{\delta k}}_{\mathrm{gx}}& {\mathrm{\delta E}}_{\mathrm{YX}}& {\mathrm{\delta E}}_{\mathrm{ZX}}\\ {\mathrm{\delta E}}_{\mathrm{XY}}& 1+{\mathrm{\delta k}}_{\mathrm{gy}}& {\mathrm{\delta E}}_{\mathrm{ZY}}\\ {\mathrm{\delta E}}_{\mathrm{XZ}}& {\mathrm{\delta E}}_{\mathrm{YZ}}& 1+{\mathrm{\delta k}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \alpha & \sin \alpha \cos \beta & \sin \alpha \sin \beta \\ -\sin \alpha & \cos \alpha \cos \beta & \cos \alpha \sin \beta \\ 0& -\sin \beta & \cos \beta \end{array}\right]\\ \times \begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}(\sin \psi \cos \gamma +\sin \gamma \sin \theta \cos \psi ){\Omega }_n-\sin \gamma \cos \theta {\Omega }_u\\ \cos \theta \cos \psi {\Omega }_n+\sin \theta {\Omega }_u\\ (\sin \psi \sin \gamma -\sin \theta \cos \gamma \cos \psi ){\Omega }_n+\cos \theta \cos \gamma {\Omega }_u\end{array}\right]\end{array}+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\delta D}}_{0x}\\ {\mathrm{\delta D}}_{0y}\\ {\mathrm{\delta D}}_{0z}\end{array}\right]\end{array}u$其中：Ω_n＝ω_iecosL，Ω_n为地球转速投影到地理坐标系中的北向分量；Ω_u＝ω_ie sinL，Ω_u为地球转速投影到地理坐标系中的天向分量；ω_ie为地球自转角速度；L为测试地点地球纬度；ω_x′、ω_y′和ω_z′分别为经补偿得到的捷联惯性组合X、Y、Z轴角速度；δD_0x、δD_0y和δD_0z分别为X、Y、Z轴陀螺仪的零次项偏差；δk_gx、δk_gy和δk_gz分别为X、Y、Z轴陀螺仪的标度因数偏差；δE_YX为X轴相对于Y轴的安装误差角偏差；δE_ZX为X轴相对于Z轴的安装误差角偏差；δE_XY为Y轴相对于X轴的安装误差角偏差；δE_ZY为Y轴相对于Z轴的安装误差角偏差；δE_XZ为Z轴相对于X轴的安装误差角偏差；δE_YZ为Z轴相对于Y轴的安装误差角偏差；α为双轴旋转机构内框架的旋转角；β为双轴旋转机构外框架的旋转角；ψ为捷联惯性组合第一个测量位置的姿态方位角、θ为捷联惯性组合第一个测量位置的姿态俯仰角，γ为捷联惯性组合第一个测量位置的姿态滚转角；步骤如下：(1)将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上，调节双轴旋转机构使捷联惯性组合静置于16个不同的位置；(2)在第i位置时，采集捷联惯性组合X、Y、Z轴加速度计经过Δt秒输出的脉冲数N_ax(i)、N_ay(i)和N_az(i)，采集捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt输出的脉冲数N_gx(i)、N_gy(i)和N_gz(i)并且记录该位置双轴旋转机构内外框架的旋转角α(i)和β(i)，计算X、Y、Z轴加速度计的脉冲数输出频率A_x(i)、A_y(i)和A_z(i)及X、Y、Z轴陀螺仪组合的脉冲数输出频率G_x(i)、G_y(i)和G_z(i)，其中i＝1，2，3...16，Δt的取值范围为60‑90秒；(3)根据步骤(2)得到的十六个位置的陀螺仪组合和加速度计组合的脉冲数输出频率，并结合已知的误差系数经多次测量取得的均值，计算得到各位置经补偿的捷联惯性组合X、Y、Z轴加速度a_bX′(i)、a_bY′(i)、a_bZ′(i)和角速度ω_x′(i)、ω_y′(i)、ω_z′(i)；其中，已知的误差系数包括加速度计组合的零次项、标度因数、安装误差角、标度因数不对称项误差以及陀螺仪组合的零次项、标度因数、安装误差角；(4)计算得到捷联惯性组合在第一个位置的初始俯仰角θ₀、初始滚转角γ₀和初始方位角ψ₀；(5)根据步骤(2)中得到的十六个位置内外框架旋转角、步骤(3)中计算得到的陀螺仪组合经过补偿后得到的角速度、步骤(4)中计算所得的初始姿态角以及加速度计组合输出的精确的初始俯仰角和初始滚转角，计算捷联惯性组合陀螺仪组合误差模型中的误差系数偏差，包括标度因数偏差、零次项偏差、安装误差角偏差、初始方位角误差；(6)令方位角为初始方位角与其对应误差之和，代入步骤(5)中进行重新计算，得到新的方位角误差；多次重复计算后得到双轴旋转机构在第1位置处精确的方位角，同时可得陀螺仪组合各误差系数偏差的值；(7)将通过步骤(6)得到的误差系数偏差与已知的陀螺仪组合的零次项、标度因数、安装误差角对应求和，得到陀螺仪组合的误差系数精确值，实现基准不确定情况下陀螺仪组合误差系数标定。