光纤陀螺捷联惯性导航系统的单轴转台标定方法

摘要

本发明的目的在于提供光纤陀螺捷联惯性导航系统的单轴转台标定方法。将光纤陀螺捷联惯性导航系统放置于单轴转台上，光纤陀螺捷联惯性导航系统通电进行预热，采集光纤陀螺输出的角速度和和石英挠性加速度计输出的比力，之后将控制单轴转台绕其转动轴逆时针旋转90°三次，并采集每次光纤陀螺输出的角速度和和石英挠性加速度计输出的比力，进而得到惯性器件坐标系x、y、z轴光纤陀螺的漂移和以及惯性器件坐标系x、y、z轴石英挠性加速度计的零位偏值。利用单轴转台旋转不同的角位置，便可测量出光纤陀螺的漂移和石英挠性加速度计的零位偏值的方法，并且单轴转台标定成本低，步骤简单，标定时单轴转台放置于地面即可，无需试验室环境。

主权项

1.光纤陀螺捷联惯性导航系统的单轴转台标定方法，其特征是：(1)将光纤陀螺捷联惯性导航系统放置于单轴转台上，光纤陀螺捷联惯性导航系统通电进行预热，然后采集陀螺仪和加速度计输出的数据；(2)记初始时刻光纤陀螺捷联惯性导航系统所在位置为a位置，在a位置采集300秒内光纤陀螺输出的角速度ω^a(1)，ω^a(2)，...ω^a(N)和石英挠性加速度计输出的比力f^a(1)，f^a(2)，...f^a(N)，其中h为光纤陀螺捷联惯性导航系统的采样周期，上角标a表示数据采集时光纤陀螺捷联惯性导航系统处在a位置；(3)由步骤(2)测量结果，得出a位置上光纤陀螺输出的角速度平均值$\overline{{\omega }^a}=\frac{{\omega }^a\left(1\right)+{\omega }^a\left(2\right)+......{+\omega }^a(N-1)+{\omega }^a\left(N\right)}{N}$和石英挠性加速度计输出的比力平均值$\overline{f^a}=\frac{f^a\left(1\right)+f^a\left(2\right)+......+f^a(N-1)+f^a\left(N\right)}{N},$的惯性器件坐标系投影形式为$\overline{{\omega }^a}=\left[\begin{array}{c}\overline{{\omega }_x^a}\\ \overline{{\omega }_y^a}\\ \overline{{\omega }_z^a}\end{array}\right],$的惯性器件坐标系投影形式为$\overline{f^a}=\left[\begin{array}{c}\overline{f_x^a}\\ \overline{f_y^a}\\ \overline{f_z^a}\end{array}\right],$下角标x表示惯性器件坐标系x轴，y表示惯性器件坐标系y轴，z表示惯性器件坐标系z轴；(4)控制单轴转台绕其转动轴逆时针旋转90°，记转动后光纤陀螺捷联惯性导航系统所在位置为b位置，在b位置采集300秒内光纤陀螺输出的角速度ω^b(1)，ω^b(2)，...ω^b(N)和石英挠性加速度计输出的比力f^b(1)，f^b(2)，...f^b(N)，上角标b表示数据采集时，光纤陀螺捷联惯性导航系统处在b位置；(5)由步骤(4)测量结果，得出b位置上光纤陀螺的输出的角速度平均值$\overline{{\omega }^b}=\frac{{\omega }^b\left(1\right)+{\omega }^b\left(2\right)+......{+\omega }^b(N-1)+{\omega }^b\left(N\right)}{N}$和石英挠性加速度计输出的比力平均值$\overline{f^b}=\frac{f^b\left(1\right)+f^b\left(2\right)+......+f^b(N-1)+f^b\left(N\right)}{N},$的惯性器件坐标系投影形式为$\overline{{\omega }^b}=\left[\begin{array}{c}\overline{{\omega }_x^b}\\ \overline{{\omega }_y^b}\\ \overline{{\omega }_z^b}\end{array}\right],$的惯性器件坐标系投影形式为$\overline{f^b}=\left[\begin{array}{c}\overline{f_x^b}\\ \overline{f_y^b}\\ \overline{f_z^b}\end{array}\right];$(6)控制单轴转台绕其转动轴逆时针旋转90°，记转动后光纤陀螺捷联惯性导航系统所在位置为c位置，在c位置采集300秒内光纤陀螺输出的角速度ω^c(1)，ω^c(2)，...ω^c(N)和石英挠性加速度计输出的比力f^c(1)，f^c(2)，...f^c(N)，上角标c表示数据采集时光纤陀螺捷联惯性导航系统处在c位置；(7)由步骤(6)测量结果，得出c位置上光纤陀螺的输出的角速度平均值$\overline{{\omega }^c}=\frac{{\omega }^c\left(1\right)+{\omega }^c\left(2\right)+......{+\omega }^c(N-1)+{\omega }^c\left(N\right)}{N}$和石英挠性加速度计输出的比力平均值$\overline{f^c}=\frac{f^c\left(1\right)+f^c\left(2\right)+......+f^c(N-1)+f^c\left(N\right)}{N},$的惯性器件坐标系投影形式为$\overline{{\omega }^c}=\left[\begin{array}{c}\overline{{\omega }_x^c}\\ \overline{{\omega }_y^c}\\ \overline{{\omega }_z^c}\end{array}\right],$的惯性器件坐标系投影形式为$\overline{f^c}=\left[\begin{array}{c}\overline{f_x^c}\\ \overline{f_y^c}\\ \overline{f_z^c}\end{array}\right];$(8)控制单轴转台绕其转动轴逆时针旋转90°，记转动后光纤陀螺捷联惯性导航系统所在位置为d位置，在d位置采集300秒内光纤陀螺输出的角速度ω^d(1)，ω^d(2)，...ω^d(N)，和石英挠性加速度计输出的比力f^d(1)，f^d(2)，...f^d(N)，上角标d表示数据采集时光纤陀螺捷联惯性导航系统处在d位置；(9)由步骤(8)测量结果，得出c位置上光纤陀螺的输出的角速度平均值$\overline{{\omega }^d}=\frac{{\omega }^d\left(1\right)+{\omega }^d\left(2\right)+......+{\omega }^d(N-1)+{\omega }^d\left(N\right)}{N}$和石英挠性加速度计输出的比力平均值$\overline{f^d}=\frac{f^d\left(1\right)+f^d\left(2\right)+......+f^d(N-1)+f^d\left(N\right)}{N},$的惯性器件坐标系投影形式为$\overline{{\omega }^d}=\left[\begin{array}{c}\overline{{\omega }_x^d}\\ \overline{{\omega }_y^d}\\ \overline{{\omega }_z^d}\end{array}\right],$的惯性器件坐标系投影形式为$\overline{f^d}=\left[\begin{array}{c}\overline{f_x^d}\\ \overline{f_y^d}\\ \overline{f_z^d}\end{array}\right];$(10)由步骤(3)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(9)测量得到惯性器件坐标系x轴光纤陀螺的漂移${ϵ}_x=\frac{\overline{{\omega }_x^a}+\overline{{\omega }_x^b}+\overline{{\omega }_x^c}+\overline{{\omega }_x^d}}{4},$惯性器件坐标系y轴光纤陀螺的漂移${ϵ}_y=\frac{\overline{{\omega }_y^a}+\overline{{\omega }_y^b}+\overline{{\omega }_y^c}+\overline{{\omega }_y^d}}{4},$以及惯性器件坐标系x轴石英挠性加速度计的零位偏值${▿}_x=\frac{\overline{f_x^a}+\overline{f_x^b}+\overline{f_x^c}+\overline{f_x^d}}{4},$惯性器件坐标系y轴石英挠性加速度计的零位偏值${▿}_y=\frac{\overline{f_y^a}+\overline{f_y^b}+\overline{f_y^c}+\overline{f_y^d}}{4},$(11)由步骤(3)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(9)和步骤(10)得到以下参量：在位置a时，光纤陀螺捷联惯性导航系统的纵摇角θ$\theta =\frac{\arcsin \left[\frac{(\overline{f_y^c}-\overline{f_y^a})}{2g}\right]+\arcsin \left[\frac{(\overline{f_x^b}-\overline{f_x^d})}{2g}\right]}{2}$其中g为光纤陀螺捷联惯性导航系统所在位置的重力值，进一步得到在位置a时，光纤陀螺捷联惯性导航系统的横摇角γ$\gamma =\frac{\arcsin \left[\frac{(\overline{f_x^a}-{▿}_x)}{g\cos \left(\theta \right)}\right]+\arcsin \left[\frac{(\overline{f_y^b}-{▿}_y)}{g\cos \left(\theta \right)}\right]}{2}$进一步得到在位置a时，光纤陀螺捷联惯性导航系统的航向角φ$\phi =\frac{\arccos [\frac{(\overline{{\omega }_y^a}-{ϵ}_y)}{\Omega \cos L\cos \theta }-\tan L\tan \theta ]+\arccos [\frac{(\overline{{\omega }_x^b}-{ϵ}_x)}{\Omega \cos L\cos \theta }-\tan L\tan \theta ]}{2}$其中L为光纤陀螺捷联惯性导航系统所在位置的纬度值，Ω为地球自转角速度；(12)由步骤(3)、步骤(5)、步骤(7)、步骤(9)、步骤(10)和步骤(11)测量得到惯性器件坐标系z轴光纤陀螺的漂移${ϵ}_z=\frac{\overline{{\omega }_z^a}+\overline{{\omega }_z^b}+\overline{{\omega }_z^c}+\overline{{\omega }_z^d}}{4}-\Omega [\cos L(\sin \gamma \sin \phi -\cos \gamma \sin \theta \cos \phi )+\sin L\cos \gamma \cos \theta ]$惯性器件坐标系z轴石英挠性加速度计的零位偏值${▿}_z=\frac{\overline{f_z^a}+\overline{f_z^b}+\overline{f_z^c}+\overline{f_z^d}}{4}+g\cos \gamma \cos \theta .$