一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法.pdf

上传人:sha****007 文档编号:6129511 上传时间:2019-04-17 格式:PDF 页数:31 大小:3.01MB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN201410114551.0

申请日:

2014.03.25

公开号:

CN103884356A

公开日:

2014.06.25

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01C 25/00申请日:20140325|||公开

IPC分类号:

G01C25/00

主分类号:

G01C25/00

申请人:

北京航天控制仪器研究所

发明人:

魏宗康; 刘璠; 李念滨; 赵龙; 魏子寅

地址:

100854 北京市海淀区北京142信箱403分箱

优先权:

专利代理机构:

中国航天科技专利中心 11009

代理人:

安丽

PDF下载: PDF下载
内容摘要

本发明公开了一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,当已知陀螺仪组合的标度因数和安装误差角后,通过依序测量捷联惯性组合在18个位置处的输出值,经过对无零次项误差模型中二次项系数的显著性分析,可以获得陀螺仪与视加速度相关的实际误差模型,通过计算公式可以得到该误差模型中的各项系数值。相比其他误差系数的标定方法,本发明完成了捷联惯性组合三个坐标轴陀螺仪与视加速度有关误差项模型的获得,同时实现了对陀螺仪组合视加速度相关误差项的标定,不仅提高了误差模型的准确程度,而且标定过程简单、所需时间短。

权利要求书

权利要求书
1.  一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于步骤如下:
(1)将捷联惯性组合静置于18个位置,在第i个位置时,采集X、Y、Z轴陀螺仪组合经过Δt秒输出的脉冲个数Gx(i)、Gy(i)和Gz(i),其中i∈[1,18];
(2)根据步骤(1)中经过测量时间Δt输出的脉冲个数,利用已知的陀螺仪组合标度因数、安装误差角系数以及地球自转角速度计算每个位置j轴的补偿值ωb-ji,其中,j为X、Y或Z;
(3)捷联惯性组合陀螺仪在j轴方向上与视加速度有关的误差模型为ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz,根据步骤(2)中得到的陀螺仪组合18个位置j轴的补偿值,利用公式得到该误差模型中的零次项误差系数D0j的初始值D0j-O;
其中,ω′j为该误差模型的输出值,ax、ay、az为视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量;D0j为捷联惯性组合陀螺仪零次项误差系数;D1j、D2j、D3j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的一次项误差系数;D4j、D5j、D6j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的二次项误差系数;D7j、D8j、D9j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的交叉耦合项误差系数;j为X、Y或Z;
(4)根据步骤(2)中得到的陀螺仪组合18个位置j轴的补偿值以及步骤(3)中得到的j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中的零次项误差系数的初始值,计算j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系数的误差模型中的各项系数值,其中,j为X、Y或Z;
(5)根据步骤(4)中获得的j轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的误差系数值,计算j轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的二次项系数 D4j、D5j和D6j的显著性数值,若二次项系数全显著则进行步骤(6),如果二次项系数不是全显著,则进行步骤(8);
(6)分别计算j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系数的误差模型、不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型、不包含Y轴对j轴二次项系数的误差模型以及不包含Z轴对j轴二次项系数的误差模型的显著性数值;
(7)根据步骤(6)获得的4个显著性数值,选取显著性数值最大的误差模型作为j轴的实际误差模型;当j轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模型时,步骤(4)中计算出来的系数值即为陀螺仪组合在j轴方向上与视加速度有关的误差模型中的各项系数值;当j轴方向上的实际误差模型为其它模型时,计算误差模型中所有误差系数值;
将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中,从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定;
(8)在步骤(5)分析的j轴方向上,选取不包含显著性数值最小的二次项系数的误差模型作为j轴方向上的实际误差模型;当j轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模型时,步骤(4)中计算出来的系数值即为陀螺仪组合在j轴方向上与视加速度有关的误差模型中的各项系数值;当j轴方向上的实际误差模型为其它模型时,计算误差模型中所有误差系数值;
将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中,从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定。

2.  根据权利要求1所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于:所述步骤(1)中捷联惯性组合的18个位置分别为:
位置1:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的东、天、南方向;
位置2:对位置1中的捷联惯性组合位置绕X轴正转45°,此时X轴指向东,Y轴指向南偏天45°,Z轴指向南偏地45°;
位置3:对位置2中的捷联惯性组合位置绕X轴正转180°,此时X轴指向东,Y轴指向北偏地45°,Z轴指向北偏天45°;
位置4:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的天、南、东方向;
位置5:对位置4中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转45°,此时Z轴指向东,X轴指向南偏天45°,Y轴指向南偏地45°;
位置6:对位置5中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转180°,此时Z轴指向东,X轴指向北偏地45°,Y轴指向北偏天45°;
位置7:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的南、东、天方向;
位置8:对位置7中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转45°,此时Y轴指向东,Z轴指向南偏天45°,X轴指向南偏地45°;
位置9:对位置8中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转180°,此时Y轴指向东,Z轴指向北偏地45°,X轴指向北偏天45°;
位置10:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的北、地、西方向;
位置11:对位置10中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转45°,此时Z轴指向西,X轴指向北偏地45°,Y轴指向南偏地45°;
位置12:对位置11中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转180°,此时Z轴指向西,X轴指向南偏天45°,Y轴指向北偏天45°;
位置13:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的西、北、地方向;
位置14:对位置13中的捷联惯性组合位置绕X轴正转45°,此时X轴指向西,Y轴指向北偏地45°,Z轴指向南偏地45°;
位置15:对位置14中的捷联惯性组合位置绕X轴正转180°,此时X轴指向西,Y轴指向南偏天45°,Z轴指向北偏天45°;
位置16:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的地、西、北方向;
位置17:对位置16中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转45°,此时Y轴指向西,Z轴指向北偏地45°,X轴指向南偏地45°;
位置18:对位置17中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转180°,此时Y轴指向西,Z轴指向南偏天45°,X轴指向北偏天45°。

3.  根据权利要求1所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于:所述步骤(2)中第i个位置X、Y、Z轴的补偿值ωb-xi、ωb-yi、ωb-zi的计算公式为:
ωb-xiωb-yiωb-zi=Gx(i)/(Δt×Kgx)Gy(i)/(Δt×Kgy)Gz(i)/(Δt×Kgz)-1EYXEZXEXY1EZYEXZEYZ1ωx(i)ωy(i)ωz(i)]]>
其中,Kgx、Kgy、Kgz为捷联惯性组合陀螺仪组合标度因数;EXY、EXZ、EYX、EYZ、EZX、EZY为捷联惯性组合陀螺仪组合的安装误差角;ωx(i)、ωy(i)、ωz(i)为第i个位置时地球自转角速度在X、Y、Z轴方向的分量。

4.  根据权利要求1所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于:所述步骤(4)的实现方法为:
j轴方向上不包含零次项系数的误差模型为:
ω′j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji-D0j-O;
各项系数的计算公式如下:
X轴对j轴的一次项误差系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=118[5(ωj4'+ωj16')+2(ωj5'+ωj6'+ωj8'+ωj9'+ωj11'+ωj12'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj2'-ωj3'-ωj7'-ωj10'-ωj13'-ωj14'-ωj15']]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=118[5(ωj1'+ωj10')+2(ωj2'+ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'+ωj14'+ωj15')-ωj4'-ωj7'-ωj8'-ωj9'-ωj13'-ωj16'-ωj17'-ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=118[5(ωj7'+ωj13')+2(ωj2'+ωj3'+ωj8'+ωj9'+ωj14'+ωj15'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj4'-ωj5'-ωj6'-ωj10'-ωj11'-ωj12'-ωj16']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>

5.  根据权利要求1所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于:所述步骤(5)的实现方法为:
对于j轴方向上的不含零次项的误差模型中的第k个误差系数Dkj,,其中k=4,5,6,其显著性数值F0-k为:
F0-k=Dkj2lk,kM/(18-9-1)]]>
其中,lk,k为Φ-1的第k行第k列的值,Φ=ATA,
A=ax1ay1az1ax12ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az1ax2ay2az2ax22ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................ax18ay18az18ax182ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18;]]>
M=YTY-YTAΦ-1ATY,且Y=[ω′j1ω′j2…ω′j18]T,第i个位置时j轴方向上的不含零次项的误差模型的输出值ω′ji=ωb-ji-D0j-O,axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值;
将F0-k与数值F0.99(1,9)=10.6进行比较,当F0-k≥F0.99(1,9)时,该项系数显著;当F0-k<F0.99(1,9)时,该项系数不显著。

6.  根据权利要求1所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于:所述步骤(6)的实现方法如下:
j轴方向上不包含零次项的误差模型为:
ω′j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji-D0j-O;
其误差模型显著性数值F0为:
F0=U0/9P0/(18-9-1)]]>
其中,U0=YTAΦ0-1ATY,且,Y=[ω′j1 ω′j2…ω′j18]T,Φ0=ATA,A=ax1ay1az1ax12ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az1ax2ay2az2ax22ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................ax18ay18az18ax182ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,P0=YTY-U0,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值;
j轴方向上不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其误差模型显著性数值Fx为:
Fx=Ux/9Px/(18-9-1)]]>
其中,Ux=YTBxΦx-1BxTY,Y=[ω′j1ω′j2…ω′j18]T,Φx=BxTBx,Bx=1ax1ay1az1ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,Px=YTY-Ux,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值;
j轴方向上不包含Y轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其误差模型显著性数值Fy为:
Fy=Uy/9Py/(18-9-1)]]>
其中,Uy=YTByΦy-1ByTY,且,Y=[ω′j1 ω′j2…ω′j18]T,Φy=ByTBy,By=1ax1ay1az1ax12az12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ax22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ax182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,Py=YTY-Uy,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值;
j轴方向上不包含Z轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其误差模型显著性数值Fz为:
Fz=Uz/9Pz/(18-9-1)]]>
其中,Uz=YTBzΦz-1BzTY,且,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φz=BzTBzBz=1ax1ay1az1ax12ay12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ax22ay22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ax182ay182ax18ay18ay18az18ax18az18,Pz=YTY-Uz,]]> axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值。

7.  根据权利要求1所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于:所述步骤(7)和(8)中当j轴方向上的实际误差模型为不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj4'+ωj16')+2(ωj5'+ωj6'+ωj8'+ωj9'+ωj11'+ωj12'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj2'-ωj3'-ωj7'-ωj10'-ωj13'-ωj14'-ωj15']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'+ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=16[2(ωj1'-ωj14'+ωj10'-ωj16')+ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=16[2(-ωj4'+ωj7'+ωj13'-ωj16')+ωj2'+ωj3'-ωj5'-ωj6'-ωj11'-ωj12'+ωj14'+ωj15']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>

8.  根据权利要求1所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于:所述步骤(7)和(8)中当j轴方向上的实际误差模型为不包含Y轴对j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj1'+ωj10')+2(ωj2'+ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'+ωj14'+ωj15')-ωj4'-ωj7'-ωj8'-ωj9'-ωj13'-ωj16'-ωj17'-ωj18']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=16[2(-ωj1'+ωj4'-ωj10'+ωj16')-ωj2'-ωj3'+ωj8'+ωj9'-ωj14'-ωj15'+ωj17'+ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=16[2(-ωj1'+ωj7'-ωj10'+ωj13')-ωj5'-ωj6'+ωj8'+ωj9'-ωj11'-ωj12'+ωj17'+ωj18']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>

9.  根据权利要求1所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,其特征在于:所述步骤(7)和(8)中当j轴方向上的实际误差模型为不包含Z轴对 j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj7'+ωj13')+2(ωj2'+ωj3'+ωj8'+ωj9'+ωj14'+ωj15'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj4'-ωj5'-ωj6'-ωj10'-ωj11'-ωj12'-ωj16']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'+ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=16[2(ωj4'-ωj7'-ωj13'+ωj16')-ωj2'-ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'-ωj17'-ωj18']]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=16[2(ωj1'-ωj7'+ωj10'-ωj13')+ωj5'+ωj6'-ωj8'-ωj9'+ωj11'+ωj12'-ωj17'-ωj18']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>

说明书

说明书一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法
技术领域
本发明涉及一种误差系数标定方法,尤其涉及一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差系数的方法,属于捷联惯性组合标定技术,可用于标定陀螺仪组合的场合。
背景技术
陀螺仪是惯性系统的核心部件,用于敏感载体相对惯性空间的角位移或角速度,对惯性系统的性能起着关键的作用,是惯性技术研究的重点内容之一。为了完全测量运载体在空间中的运动角速度和角位移,捷联惯性组合中装有三个敏感轴互相垂直的陀螺仪,其敏感轴方向指向捷联惯性组合定义的X、Y、Z轴正方向。因为地球转速相对于陀螺仪实际使用中感应的角速度较小,所以会使用速率试验标定陀螺仪组合的标度因数和安装误差角。在捷联惯性组合陀螺仪组合误差模型中除了这两种误差项,陀螺仪输出大小与其承受的视加速度也是有关的,误差模型包含了零次项、一次项、二次项和交叉耦合项四种,一般使用多位置试验来标定这类误差项。但在理论上,零次项与3个二次项线性相关,当在一个方程中同时计算这4项数值时会无法得到正确数值,所以一般标定方法只能标定出陀螺仪组合中与视加速度有关的零次项和一次项的系数,无法标定出二次项,也不会标定交叉耦合项系数。这种标定方法将降低标定出系数的有效性,并且导致运载体处在非测量角速度时,解算结果出现偏差。因此,为了标定出捷联惯性组合陀螺仪误差模型中所有与视加速度有关的误差项系数,并提高标定系数的精度,需要研究一种新型的陀螺仪组合误差标定方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有标定方法的不足,提供一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,实现了对陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型 中所有项误差系数的标定,解决了二次项系数无法标定的问题,提高了惯性导航解算的精度。
本发明的技术解决方案是:一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,步骤如下:
(1)将捷联惯性组合静置于18个位置,在第i个位置时,采集X、Y、Z轴陀螺仪组合经过Δt秒输出的脉冲个数Gx(i)、Gy(i)和Gz(i),其中i∈[1,18];
(2)根据步骤(1)中经过测量时间Δt输出的脉冲个数,利用已知的陀螺仪组合标度因数、安装误差角系数以及地球自转角速度计算每个位置j轴的补偿值ωb-ji,其中,j为X、Y或Z;
(3)捷联惯性组合陀螺仪在j轴方向上与视加速度有关的误差模型为ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz,根据步骤(2)中得到的陀螺仪组合18个位置j轴的补偿值,利用公式得到该误差模型中的零次项误差系数D0j的初始值D0j-O;
其中,ω′j为该误差模型的输出值,ax、ay、az为视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量;D0j为捷联惯性组合陀螺仪零次项误差系数;D1j、D2j、D3j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的一次项误差系数;D4j、D5j、D6j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的二次项误差系数;D7j、D8j、D9j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的交叉耦合项误差系数;j为X、Y或Z;
(4)根据步骤(2)中得到的陀螺仪组合18个位置j轴的补偿值以及步骤(3)中得到的j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中的零次项误差系数的初始值,计算j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系数的误差模型中的各项系数值,其中,j为X、Y或Z;
(5)根据步骤(4)中获得的j轴方向上的不含零次项系数的误差模型中 的误差系数值,计算j轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的二次项系数D4j、D5j和D6j的显著性数值,若二次项系数全显著则进行步骤(6),如果二次项系数不是全显著,则进行步骤(8);
(6)分别计算j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系数的误差模型、不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型、不包含Y轴对j轴二次项系数的误差模型以及不包含Z轴对j轴二次项系数的误差模型的显著性数值;
(7)根据步骤(6)获得的4个显著性数值,选取显著性数值最大的误差模型作为j轴的实际误差模型;当j轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模型时,步骤(4)中计算出来的系数值即为陀螺仪组合在j轴方向上与视加速度有关的误差模型中的各项系数值;当j轴方向上的实际误差模型为其它模型时,计算误差模型中所有误差系数值;
将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中,从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定;
(8)在步骤(5)分析的j轴方向上,选取不包含显著性数值最小的二次项系数的误差模型作为j轴方向上的实际误差模型;当j轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模型时,步骤(4)中计算出来的系数值即为陀螺仪组合在j轴方向上与视加速度有关的误差模型中的各项系数值;当j轴方向上的实际误差模型为其它模型时,计算误差模型中所有误差系数值;
将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中,从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定。
所述步骤(1)中捷联惯性组合的18个位置分别为:
位置1:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的东、天、南方向;
位置2:对位置1中的捷联惯性组合位置绕X轴正转45°,此时X轴指向东,Y轴指向南偏天45°,Z轴指向南偏地45°;
位置3:对位置2中的捷联惯性组合位置绕X轴正转180°,此时X轴指向东,Y轴指向北偏地45°,Z轴指向北偏天45°;
位置4:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的天、南、东方向;
位置5:对位置4中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转45°,此时Z轴指向东,X轴指向南偏天45°,Y轴指向南偏地45°;
位置6:对位置5中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转180°,此时Z轴指向东,X轴指向北偏地45°,Y轴指向北偏天45°;
位置7:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的南、东、天方向;
位置8:对位置7中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转45°,此时Y轴指向东,Z轴指向南偏天45°,X轴指向南偏地45°;
位置9:对位置8中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转180°,此时Y轴指向东,Z轴指向北偏地45°,X轴指向北偏天45°;
位置10:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的北、地、西方向;
位置11:对位置10中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转45°,此时Z轴指向西,X轴指向北偏地45°,Y轴指向南偏地45°;
位置12:对位置11中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转180°,此时Z轴指向西,X轴指向南偏天45°,Y轴指向北偏天45°;
位置13:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的西、北、地方向;
位置14:对位置13中的捷联惯性组合位置绕X轴正转45°,此时X轴指向西,Y轴指向北偏地45°,Z轴指向南偏地45°;
位置15:对位置14中的捷联惯性组合位置绕X轴正转180°,此时X轴指向西,Y轴指向南偏天45°,Z轴指向北偏天45°;
位置16:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的地、西、北方向;
位置17:对位置16中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转45°,此时Y轴指向西,Z轴指向北偏地45°,X轴指向南偏地45°;
位置18:对位置17中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转180°,此时Y轴指向西,Z轴指向南偏天45°,X轴指向北偏天45°。
所述步骤(2)中第i个位置X、Y、Z轴的补偿值ωb-xi、ωb-yi、ωb-zi的计算公式为:
ωb-xiωb-yiωb-zi=Gx(i)/(Δt×Kgx)Gy(i)/(Δt×Kgy)Gz(i)/(Δt×Kgz)-1EYXEZXEXY1EZYEXZEYZ1ωx(i)ωy(i)ωz(i)]]>
其中,Kgx、Kgy、Kgz为捷联惯性组合陀螺仪组合标度因数;EXY、EXZ、EYX、EYZ、EZX、EZY为捷联惯性组合陀螺仪组合的安装误差角;ωx(i)、ωy(i)、ωz(i)为第i个位置时地球自转角速度在X、Y、Z轴方向的分量。
所述步骤(4)的实现方法为:
j轴方向上不包含零次项系数的误差模型为:
ω′j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji-D0j-O;
各项系数的计算公式如下:
X轴对j轴的一次项误差系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=118[5(ωj4'+ωj16')+2(ωj5'+ωj6'+ωj8'+ωj9'+ωj11'+ωj12'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj2'-ωj3'-ωj7'-ωj10'-ωj13'-ωj14'-ωj15']]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=118[5(ωj1'+ωj10')+2(ωj2'+ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'+ωj14'+ωj15')-ωj4'-ωj7'-ωj8'-ωj9'-ωj13'-ωj16'-ωj17'-ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=118[5(ωj7'+ωj13')+2(ωj2'+ωj3'+ωj8'+ωj9'+ωj14'+ωj15'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj4'-ωj5'-ωj6'-ωj10'-ωj11'-ωj12'-ωj16']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>
所述步骤(5)的实现方法为:
对于j轴方向上的不含零次项的误差模型中的第k个误差系数Dkj,其中k=4,5,6,其显著性数值F0-k为:
F0-k=Dkj2lk,kM/(18-9-1)]]>
其中,lk,k为Φ-1的第k行第k列的值,Φ=ATA,
A=ax1ay1az1ax12ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az1ax2ay2az2ax22ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................ax18ay18az18ax182ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18;]]>
M=YTY-YTAΦ-1ATY,且Y=[ω′j1 ω′j2 …ω′j18]T,第i个位置时j轴方向上的不含零次项的误差模型的输出值ω′ji=ωb-ji-D0j-O,axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值;
将F0-k与数值F0.99(1,9)=10.6进行比较,当F0-k≥F0.99(1,9)时,该项系数显著;当F0-k<F0.99(1,9)时,该项系数不显著。
所述步骤(6)的实现方法如下:
j轴方向上不包含零次项的误差模型为:
ω′j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji-D0j-O;
其误差模型显著性数值F0为:
F0=U0/9P0/(18-9-1)]]>
其中,U0=YTAΦ0-1ATY,且,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φ0=ATA,A=ax1ay1az1ax12ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az1ax2ay2az2ax22ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................ax18ay18az18ax182ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,P0=YTY-U0,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知 值;
j轴方向上不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其误差模型显著性数值Fx为:
Fx=Ux/9Px/(18-9-1)]]>
其中,Ux=YTBxΦx-1BxTY,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φx=BxTBx,Bx=1ax1ay1az1ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,Px=YTY-Ux,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值;
j轴方向上不包含Y轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其误差模型显著性数值Fy为:
Fy=Uy/9Py/(18-9-1)]]>
其中,Uy=YTByΦy-1ByTY,且,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φy=ByTBy,By=1ax1ay1az1ax12az12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ax22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ax182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,Py=YTY-Uy,]]> axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值;
j轴方向上不包含Z轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其误差模型显著性数值Fz为:
Fz=Uz/9Pz/(18-9-1)]]>
其中,Uz=YTBzΦz-1BzTY,且,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φz=BzTBzBz=1ax1ay1az1ax12ay12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ax22ay22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ax182ay182ax18ay18ay18az18ax18az18,Pz=YTY-Uz,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量,为已知值。
所述步骤(7)和(8)中当j轴方向上的实际误差模型为不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj4'+ωj16')+2(ωj5'+ωj6'+ωj8'+ωj9'+ωj11'+ωj12'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj2'-ωj3'-ωj7'-ωj10'-ωj13'-ωj14'-ωj15']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'+ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=16[2(ωj1'-ωj14'+ωj10'-ωj16')+ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=16[2(-ωj4'+ωj7'+ωj13'-ωj16')+ωj2'+ωj3'-ωj5'-ωj6'-ωj11'-ωj12'+ωj14'+ωj15']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>
所述步骤(7)和(8)中当j轴方向上的实际误差模型为不包含Y轴对j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj1'+ωj10')+2(ωj2'+ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'+ωj14'+ωj15')-ωj4'-ωj7'-ωj8'-ωj9'-ωj13'-ωj16'-ωj17'-ωj18']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=16[2(-ωj1'+ωj4'-ωj10'+ωj16')-ωj2'-ωj3'+ωj8'+ωj9'-ωj14'-ωj15'+ωj17'+ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=16[2(-ωj1'+ωj7'-ωj10'+ωj13')-ωj5'-ωj6'+ωj8'+ωj9'-ωj11'-ωj12'+ωj17'+ωj18']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>
所述步骤(7)和(8)中当j轴方向上的实际误差模型为不包含Z轴对j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj7'+ωj13')+2(ωj2'+ωj3'+ωj8'+ωj9'+ωj14'+ωj15'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj4'-ωj5'-ωj6'-ωj10'-ωj11'-ωj12'-ωj16']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'+ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=16[2(ωj4'-ωj7'-ωj13'+ωj16')-ωj2'-ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'-ωj17'-ωj18']]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=16[2(ωj1'-ωj7'+ωj10'-ωj13')+ωj5'+ωj6'-ωj8'-ωj9'+ωj11'+ωj12'-ωj17'-ωj18']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>
本发明与现有技术相比的优点如下:
(1)现有的捷联惯性组合陀螺仪组合标定算法只能标定捷联惯性组合陀螺仪误差模型中与视加速度相关的零次项和一次项,本发明的方法可以完成误差模型中所有项系数(包括二次项和交叉耦合项系数)的标定,因为同时考虑到误差模型中所有项系数对输出的影响,使用本方法计算得到的误差系数拥有更高的标定精度;
(2)因为在进行零次项和二次项选取时进行了显著性考虑,所以选择的误差模型与实际输出有最高的符合度,使用该组标定结果计算出的输出误差最小;
(3)现有的标定方法测试位置少,包含的测试信息也较少,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;
(4)与现有的标定方法相比,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。
附图说明
图1为本发明方法的标定过程流程图;
图2为本发明方法的标定位置编排图。
具体实施方式
在已经标定出陀螺仪组合的标度因数和安装误差角后,还需要标定出与视加速度相关的误差项系数才能完成陀螺仪组合输出的补偿,得到高精度的运载体角速度测量值。
传统的捷联惯性组合陀螺仪组合标定算法只能标定出捷联惯性组合陀螺仪组合误差模型中与视加速度相关的零次项和一次项误差系数,无法标定出二次项,也不会标定交叉耦合项系数。为了标定出捷联惯性组合陀螺仪组合误差模型中所有与视加速度有关的误差项系数,并提高标定系数的精度,本发明提供了一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法,用于计算陀螺仪组合与视加速度有关的误差系数。脉冲数输出频率可以按照以下公式与运载体视加速度和角速度建立关系,此即为捷联惯组陀螺仪误差模型:
GxpGypGzp=Kgx000Kgy000KgzD0xD0yD0z+D1xD2xD3xD1yD2yD3yD1zD2zD3zaxayazD4xD5xD6xD4yD5yD6yD4zD5zD6zax2ay2az2+D7xD8xD9xD7yD8yD9yD7zD8zD9zaxayayazaxaz+1EYXEZXEXY1EZYEXZEYZ1ωxωyωz]]>
式中,Gxp、Gyp、Gzp分别为X、Y、Z轴陀螺仪输出脉冲频率(单位为Pulse/s);Kgx、Kgy、Kgz分别为标度因数(单位为Pulse/角秒);D0x、D0y、D0z分别为零次项系数(单位为°/h);D1x、D1y、D1z、D2x、D2y、D2z、D3x、D3y、D3z为与视加速度有关一次项系数(单位为°/h/g0);D4x、D4y、D4z、D5x、D5y、D5z、D6x、D6y、D6z为与视加速度有关二次项系数(单位为°/h/g02);D7x、D7y、D7z、D8x、D8y、D8z、D9x、D9y、D9z为与视加速度有关交叉耦合项系数(单位为°/h/g02);ax、ay、az分别为捷联惯组X、Y、Z轴向视加速度分量(单位为g0);EYX、EZX、EXY、EZY、EXZ、EYZ为安装误差角(单位为rad);ωx、ωy、ωz分别为捷联惯组X、Y、Z轴向角速度分量(单位为°/h);g0为测试地点地球重力加速度。
由上述误差模型可以得到陀螺仪组合j轴上与视加速度有关的误差模型为ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz,其中,ω′j为该误差模型的输出值(单位为°/h),j为X、Y或Z。
本发明步骤如图1所示,步骤如下:
(1)将捷联惯性组合静置于18个位置,在第i个位置时,采集X、Y、Z轴 陀螺仪组合经过Δt秒输出的脉冲个数Gx(i)、Gy(i)和Gz(i),其中i∈[1,18];
具体实现如下:
位置1:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的东、天、南方向,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(1)、Gy(1)和Gz(1);
位置2:对位置1中的捷联惯性组合位置绕X轴正转45°,此时X轴指向东,Y轴指向南偏天45°,Z轴指向南偏地45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(2)、Gy(2)和Gz(2);
位置3:对位置2中的捷联惯性组合位置绕X轴正转180°,此时X轴指向东,Y轴指向北偏地45°,Z轴指向北偏天45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(3)、Gy(3)和Gz(3);
位置4:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的天、南、东方向,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(4)、Gy(4)和Gz(4);
位置5:对位置4中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转45°,此时Z轴指向东,X轴指向南偏天45°,Y轴指向南偏地45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(5)、Gy(5)和Gz(5);
位置6:对位置5中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转180°,此时Z轴指向东,X轴指向北偏地45°,Y轴指向北偏天45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(6)、Gy(6)和Gz(6);
位置7:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的南、东、天方向,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(7)、Gy(7)和Gz(7);
位置8:对位置7中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转45°,此时Y轴指向东,Z轴指向南偏天45°,X轴指向南偏地45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出 的脉冲个数,分别为Gx(8)、Gy(8)和Gz(8);
位置9:对位置8中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转180°,此时Y轴指向东,Z轴指向北偏地45°,X轴指向北偏天45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(9)、Gy(9)和Gz(9);
位置10:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的北、地、西方向,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(10)、Gy(10)和Gz(10);
位置11:对位置10中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转45°,此时Z轴指向西,X轴指向北偏地45°,Y轴指向南偏地45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(11)、Gy(11)和Gz(11);
位置12:对位置11中的捷联惯性组合位置绕Z轴正转180°,此时Z轴指向西,X轴指向南偏天45°,Y轴指向北偏天45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(12)、Gy(12)和Gz(12);
位置13:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的西、北、地方向,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(13)、Gy(13)和Gz(13);
位置14:对位置13中的捷联惯性组合位置绕X轴正转45°,此时X轴指向西,Y轴指向北偏地45°,Z轴指向南偏地45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(14)、Gy(14)和Gz(14);
位置15:对位置14中的捷联惯性组合位置绕X轴正转180°,此时X轴指向西,Y轴指向南偏天45°,Z轴指向北偏天45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(15)、Gy(15)和Gz(15);
位置16:使捷联惯性组合X、Y、Z轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的地、西、北方向,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(16)、Gy(16)和Gz(16);
位置17:对位置16中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转45°,此时Y轴指向西,Z轴指向北偏地45°,X轴指向南偏地45°,记录X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(17)、Gy(17)和Gz(17);
位置18:对位置17中的捷联惯性组合位置绕Y轴正转180°,此时Y轴指向西,Z轴指向南偏天45°,X轴指向北偏天45°,记下X、Y、Z轴陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲个数,分别为Gx(18)、Gy(18)和Gz(18)。
(2)根据步骤(1)中经过测量时间Δt输出的脉冲个数,利用已知的陀螺仪组合标度因数、安装误差角系数以及地球自转角速度计算每个位置j轴的补偿值ωb-ji,其中,j为X、Y或Z;
第i个位置X、Y、Z轴的补偿值ωb-xi、ωb-yi、ωb-zi的计算公式为:
ωb-xiωb-yiωb-zi=Gx(i)/(Δt×Kgx)Gy(i)/(Δt×Kgy)Gz(i)/(Δt×Kgz)-1EYXEZXEXY1EZYEXZEYZ1ωx(i)ωy(i)ωz(i)]]>
其中,Kgx、Kgy、Kgz为捷联惯性组合陀螺仪组合标度因数(单位为Pulse/角秒);EXY、EXZ、EYX、EYZ、EZX、EZY为捷联惯性组合陀螺仪组合的安装误差角(单位为rad);ωx(i)、ωy(i)、ωz(i)为第i个位置时地球自转角速度在X、Y、Z轴方向的分量(单位为°/h),每个位置的地球自转角速度在X、Y、Z轴方向的分量如下表所示,ωe为地球自转角速率(单位为°/h),为测试地点纬度。


(3)根据步骤(2)中得到的陀螺仪组合18个位置j轴的补偿值,利用公式得到j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz中的零次项误差系数D0j的初始值D0j-O;
其中,ω′j为该误差模型的输出值(单位为°/h),ax、ay、az为视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量(单位为g0),为已知值,每个位置的视加速度在X、Y、Z轴方向上的分量axi、ayi、azi如下表所示。


D0j为捷联惯性组合陀螺仪零次项误差系数(单位为°/h);D1j、D2、D3j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的一次项误差系数(单位为°/h/g0);D4j、D5j、D6j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的二次项误差系数(单位为°/h/g02);D7j、D8j、D9j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的交叉耦合项误差系数(单位为°/h/g02);j为X、Y或Z。
(4)根据步骤(2)中得到的陀螺仪组合18个位置j轴的补偿值以及步骤(3)中得到的j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中的零次项误差系数的初始值,计算j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系数的误差模型中的各项系数值,其中,j为X、Y或Z;
j轴方向上不包含零次项系数的误差模型为:
ω′j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值(单位为°/h),此时第i个位置时其输出值计算公式为:
ω′xi=ωb-xi-D0x-O
ω′yi=ωb-yi-D0y-O
ω′zi=ωb-zi-D0z-O
各项系数的计算公式如下:
X轴对j轴的一次项误差系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=118[5(ωj4'+ωj16')+2(ωj5'+ωj6'+ωj8'+ωj9'+ωj11'+ωj12'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj2'-ωj3'-ωj7'-ωj10'-ωj13'-ωj14'-ωj15']]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=118[5(ωj1'+ωj10')+2(ωj2'+ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'+ωj14'+ωj15')-ωj4'-ωj7'-ωj8'-ωj9'-ωj13'-ωj16'-ωj17'-ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=118[5(ωj7'+ωj13')+2(ωj2'+ωj3'+ωj8'+ωj9'+ωj14'+ωj15'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj4'-ωj5'-ωj6'-ωj10'-ωj11'-ωj12'-ωj16']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>
(5)根据步骤(4)中获得的j轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的误差系数值,计算j轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的二次项系数D4j、D5j和D6j的显著性数值,若二次项系数全显著则进行步骤(6),如果二次项系数不是全显著,则进行步骤(8);j为X、Y或Z;
对于j轴方向上的不含零次项的误差模型中的第k个误差系数Dkj(k=4,5,6),其显著性数值F0-k为:
F0-k=Dkj2lk,kM/(18-9-1)]]>
其中,lk,k为Φ-1的第k行第k列的值,且,Φ=ATA,
A=ax1ay1az1ax12ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az1ax2ay2az2ax22ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................ax18ay18az18ax182ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18;]]>
M=YTY-YTAΦ-1ATY,且Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,第i个位置时j轴方向上的不含零次项的误差模型的输出值ω′ji=ωb-ji-D0j-O,axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量(单位为g0),为已知值;
将F0-k与数值F0.99(1,9)=10.6进行比较,当F0-k≥F0.99(1,9)时,该项系数显著;当F0-k<F0.99(1,9)时,该项系数不显著。
(6)分别计算j轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系数的误差模型、不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型、不包含Y 轴对j轴二次项系数的误差模型以及不包含Z轴对j轴二次项系数的误差模型的显著性数值;j为X、Y或Z;
j轴方向上不包含零次项的误差模型为:
ω′j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值(单位为°/h),此时第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji-D0j-O;
其误差模型显著性数值F0为:
F0=U0/9P0/(18-9-1)]]>
其中,U0=YTAΦ0-1ATY,且,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φ0=ATA,A=ax1ay1az1ax12ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az1ax2ay2az2ax22ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................ax18ay18az18ax182ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,P0=YTY-U0,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量(单位为g0),为已知值;
j轴方向上不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值(单位为°/h),此时第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其误差模型显著性数值Fx为:
Fx=Ux/9Px/(18-9-1)]]>
其中,Ux=YTBxΦx-1BxTY,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φx=BxTBx,Bx=1ax1ay1az1ay12az12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ay22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ay182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,Px=YTY-Ux,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量(单位为g0),为已知值;
j轴方向上不包含Y轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值(单位为°/h),此时第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其误差模型显著性数值Fy为:
Fy=Uy/9Py/(18-9-1)]]>
其中,Uy=YTByΦy-1ByTY,且,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φy=ByTBy,By=1ax1ay1az1ax12az12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ax22az22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ax182az182ax18ay18ay18az18ax18az18,Py=YTY-Uy,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量(单位为g0),为已知值;
j轴方向上不包含Z轴对j轴二次项系数的误差模型为:
ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz
其中,ω′j为该误差模型的输出值(单位为°/h),此时第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji。
其误差模型显著性数值Fz为:
Fz=Uz/9Pz/(18-9-1)]]>
其中,Uz=YTBzΦz-1BzTY,且,Y=[ω′j1 ω′j2 … ω′j18]T,Φz=BzTBzBz=1ax1ay1az1ax12ay12ax1ay1ay1az1ax1az11ax2ay2az2ax22ay22ax2ay2ay2az2ax2az2...........................1ax18ay18az18ax182ay182ax18ay18ay18az18ax18az18,Pz=YTY-Uz,]]>axi、ayi、azi为第i个位置时视加速度分别在X、Y、Z轴方向上的分量(单位为g0),为已知值。
(7)根据步骤(6)获得的4个显著性数值,选取显著性数值最大的误差模型作为j轴的实际误差模型;当j轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模型时,步骤(4)中计算出来的系数值即为陀螺仪组合在j轴方向上与视加速度有关的误差模型中的各项系数值;当j轴方向上的实际误差模型为其它模型时,计算误差模型中所有误差系数值;
将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中,从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定;
(8)在步骤(5)分析的j轴方向上,选取不包含显著性数值最小的二次项系数的误差模型作为j轴方向上的实际误差模型;当j轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模型时,步骤(4)中计算出来的系数值即为陀螺仪组合在j轴方向上与视加速度有关的误差模型中的各项系数值;当j轴方向上的实际误差模型为其它模型时,计算误差模型中所有误差系数值;
将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中,从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定。
当j轴方向上的实际误差模型为不包含X轴对j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
其零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj4'+ωj16')+2(ωj5'+ωj6'+ωj8'+ωj9'+ωj11'+ωj12'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj2'-ωj3'-ωj7'-ωj10'-ωj13'-ωj14'-ωj15']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'+ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=16[2(ωj1'-ωj14'+ωj10'-ωj16')+ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=16[2(-ωj4'+ωj7'+ωj13'-ωj16')+ωj2'+ωj3'-ωj5'-ωj6'-ωj11'-ωj12'+ωj14'+ωj15']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>
当j轴方向上的实际误差模型为不包含Y轴对j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj1'+ωj10')+2(ωj2'+ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'+ωj14'+ωj15')-ωj4'-ωj7'-ωj8'-ωj9'-ωj13'-ωj16'-ωj17'-ωj18']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'-ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=16[2(-ωj1'+ωj4'-ωj10'+ωj16')-ωj2'-ωj3'+ωj8'+ωj9'-ωj14'-ωj15'+ωj17'+ωj18']]]>
Z轴对j轴的二次项系数D6j的计算公式为:
D6j=16[2(-ωj1'+ωj7'-ωj10'+ωj13')-ωj5'-ωj6'+ωj8'+ωj9'-ωj11'-ωj12'+ωj17'+ωj18']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>
当j轴方向上的实际误差模型为不包含Z轴对j轴二次项系数的误差模型ω′j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时,其中ω′j为该误差模型的输出值,第i个位置时其输出值为ω′ji=ωb-ji;
零次项系数D0j的计算公式为:
D0j=118[5(ωj7'+ωj13')+2(ωj2'+ωj3'+ωj8'+ωj9'+ωj14'+ωj15'+ωj17'+ωj18')-ωj1'-ωj4'-ωj5'-ωj6'-ωj10'-ωj11'-ωj12'-ωj16']]]>
X轴对j轴的一次项系数D1j的计算公式为:
D1j=112[2(ωj4'-ωj16')+2(ωj5'-ωj6'-ωj8'+ωj9'-ωj11'+ωj12'-ωj17'+ωj18')]]]>
Y轴对j轴的一次项系数D2j的计算公式为:
D2j=112[2(ωj1'-ωj10')+2(ωj2'-ωj3'-ωj5'+ωj6'-ωj11'+ωj12'-ωj14'+ωj15')]]]>
Z轴对j轴的一次项系数D3j的计算公式为:
D3j=112[2(ωj7'-ωj13')+2(-ωj2'+ωj3'+ωj8'-ωj9'-ωj14'+ωj15'-ωj17'+ωj18')]]]>
X轴对j轴的二次项系数D4j的计算公式为:
D4j=16[2(ωj4'-ωj7'-ωj13'+ωj16')-ωj2'-ωj3'+ωj5'+ωj6'+ωj11'+ωj12'-ωj17'-ωj18']]]>
Y轴对j轴的二次项系数D5j的计算公式为:
D5j=16[2(ωj1'-ωj7'+ωj10'-ωj13')+ωj5'+ωj6'-ωj8'-ωj9'+ωj11'+ωj12'-ωj17'-ωj18']]]>
X、Y轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D7j的计算公式为:
D7j=12(-ωj5'-ωj6'+ωj11'+ωj12')]]>
Y、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D8j的计算公式为:
D8j=12(-ωj2'-ωj3'+ωj14'+ωj15')]]>
X、Z轴向乘积对j轴的交叉耦合项系数D9j的计算公式为:
D9j=12(-ωj8'-ωj9'+ωj17'+ωj18').]]>
实际应用中,首先,确定捷联惯性组合的X、Y、Z轴方向,并在标定前对陀螺仪组合进行充分预热。然后,将惯性组合逐次排放为图2所示位置,并在第i个位置时记录经过Δt秒后三个加速计输出的脉冲值Gx(i)、Gy(i)和Gz(i)。对于一个坐标轴方向,按照公式计算出该轴向不包含零次项的误差模型中的各误差系数并进行显著性分析。当二次项系数全显著时,分别计算该轴不包含零次项、不包含X轴二次项、不包含Y轴二次项和不包含Z轴二次项四种误差模型的显著性数值,选取显著性数值最大的模型为这一轴的实际误差模型,并使用相应公式计算出模型中的各误差系数;当二次项系数不全显著时,将不包含显著性数值最小的二次项系数的误差模型作为这一轴的实际误差模型,并使用相应公式计算出模型中的各误差系数。对三个坐标轴分别进行如上计算,即可计算出所有陀螺仪组合与视加速度相关的所有误差系数。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法.pdf_第1页
第1页 / 共31页
一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法.pdf_第2页
第2页 / 共31页
一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法.pdf_第3页
第3页 / 共31页
点击查看更多>>
资源描述

《一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法.pdf(31页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103884356 A (43)申请公布日 2014.06.25 CN 103884356 A (21)申请号 201410114551.0 (22)申请日 2014.03.25 G01C 25/00(2006.01) (71)申请人 北京航天控制仪器研究所 地址 100854 北京市海淀区北京 142 信箱 403 分箱 (72)发明人 魏宗康 刘璠 李念滨 赵龙 魏子寅 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 安丽 (54) 发明名称 一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法 (57) 摘要 本发明公开了一种标定捷联惯性组合陀螺仪 组合的方法,。

2、 当已知陀螺仪组合的标度因数和安 装误差角后, 通过依序测量捷联惯性组合在 18 个 位置处的输出值, 经过对无零次项误差模型中二 次项系数的显著性分析, 可以获得陀螺仪与视加 速度相关的实际误差模型, 通过计算公式可以得 到该误差模型中的各项系数值。相比其他误差 系数的标定方法, 本发明完成了捷联惯性组合三 个坐标轴陀螺仪与视加速度有关误差项模型的获 得, 同时实现了对陀螺仪组合视加速度相关误差 项的标定, 不仅提高了误差模型的准确程度, 而且 标定过程简单、 所需时间短。 (51)Int.Cl. 权利要求书 8 页 说明书 20 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (1。

3、2)发明专利申请 权利要求书8页 说明书20页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103884356 A CN 103884356 A 1/8 页 2 1. 一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 其特征在于步骤如下 : (1) 将捷联惯性组合静置于 18 个位置, 在第 i 个位置时, 采集 X、 Y、 Z 轴陀螺仪组合经 过 t 秒输出的脉冲个数 Gx(i)、 Gy(i) 和 Gz(i), 其中 i 1,18 ; (2) 根据步骤 (1) 中经过测量时间 t 输出的脉冲个数, 利用已知的陀螺仪组合标度因 数、 安装误差角系数以及地球自转角速度计算每个位置 j 轴的补偿值 b-ji, 其中。

4、, j 为 X、 Y 或 Z ; (3) 捷联惯性组合陀螺仪在 j 轴方向上与视加速度有关的误差模型为 j=D0j+D1jax+ D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz, 根据步骤 (2) 中得到的陀螺仪组合 18 个位置 j 轴的补偿值, 利用公式得到该误差模型中的零次项误差系数 D0j 的初始值 D0j-O; 其中, j为该误差模型的输出值, ax、 ay、 az为视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分 量 ; D0j为捷联惯性组合陀螺仪零次项误差系数 ; D1j、 D2j、 D3j为捷联惯性组合陀螺仪组合与 。

5、视加速度有关的一次项误差系数 ; D4j、 D5j、 D6j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关 的二次项误差系数 ; D7j、 D8j、 D9j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的交叉耦合项 误差系数 ; j 为 X、 Y 或 Z ; (4) 根据步骤 (2) 中得到的陀螺仪组合 18 个位置 j 轴的补偿值以及步骤 (3) 中得到的 j 轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中的零次项误差系数的初 始值, 计算 j 轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系数的误 差模型中的各项系数值, 其中, j 为 X、 Y 或 Z ; (5) 根据步骤 (4)。

6、 中获得的 j 轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的误差系数值, 计算j轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的二次项系数D4j、 D5j和D6j的显著性数值, 若二次项系数全显著则进行步骤 (6) , 如果二次项系数不是全显著, 则进行步骤 (8) ; (6) 分别计算 j 轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系 数的误差模型、 不包含 X 轴对 j 轴二次项系数的误差模型、 不包含 Y 轴对 j 轴二次项系数的 误差模型以及不包含 Z 轴对 j 轴二次项系数的误差模型的显著性数值 ; (7) 根据步骤 (6) 获得的 4 个显著性数值, 选取显著性数值最大的误差模型作。

7、为 j 轴的 实际误差模型 ; 当 j 轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模型时, 步骤 (4) 中计算 出来的系数值即为陀螺仪组合在 j 轴方向上与视加速度有关的误差模型中的各项系数值 ; 当 j 轴方向上的实际误差模型为其它模型时, 计算误差模型中所有误差系数值 ; 将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差 模型中, 从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定 ; (8) 在步骤 (5) 分析的 j 轴方向上, 选取不包含显著性数值最小的二次项系数的误差模 型作为 j 轴方向上的实际误差模型 ; 当 j 轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模 型时, 步。

8、骤 (4) 中计算出来的系数值即为陀螺仪组合在 j 轴方向上与视加速度有关的误差 模型中的各项系数值 ; 当 j 轴方向上的实际误差模型为其它模型时, 计算误差模型中所有 误差系数值 ; 将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差 模型中, 从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定。 权 利 要 求 书 CN 103884356 A 2 2/8 页 3 2. 根据权利要求 1 所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 其特征在于 : 所 述步骤 (1) 中捷联惯性组合的 18 个位置分别为 : 位置 1 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地。

9、理坐标系的东、 天、 南方 向 ; 位置 2 : 对位置 1 中的捷联惯性组合位置绕 X 轴正转 45, 此时 X 轴指向东, Y 轴指向 南偏天 45, Z 轴指向南偏地 45 ; 位置 3 : 对位置 2 中的捷联惯性组合位置绕 X 轴正转 180, 此时 X 轴指向东, Y 轴指向 北偏地 45, Z 轴指向北偏天 45 ; 位置 4 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的天、 南、 东方 向 ; 位置 5 : 对位置 4 中的捷联惯性组合位置绕 Z 轴正转 45, 此时 Z 轴指向东, X 轴指向 南偏天 45, Y 轴指向南偏地 45 ; 位置 6 :。

10、 对位置 5 中的捷联惯性组合位置绕 Z 轴正转 180, 此时 Z 轴指向东, X 轴指向 北偏地 45, Y 轴指向北偏天 45 ; 位置 7 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的南、 东、 天方 向 ; 位置 8 : 对位置 7 中的捷联惯性组合位置绕 Y 轴正转 45, 此时 Y 轴指向东, Z 轴指向 南偏天 45, X 轴指向南偏地 45 ; 位置 9 : 对位置 8 中的捷联惯性组合位置绕 Y 轴正转 180, 此时 Y 轴指向东, Z 轴指向 北偏地 45, X 轴指向北偏天 45 ; 位置 10 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分。

11、别指向测试点地理坐标系的北、 地、 西方 向 ; 位置 11 : 对位置 10 中的捷联惯性组合位置绕 Z 轴正转 45, 此时 Z 轴指向西, X 轴指 向北偏地 45, Y 轴指向南偏地 45 ; 位置 12 : 对位置 11 中的捷联惯性组合位置绕 Z 轴正转 180, 此时 Z 轴指向西, X 轴指 向南偏天 45, Y 轴指向北偏天 45 ; 位置 13 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的西、 北、 地方 向 ; 位置 14 : 对位置 13 中的捷联惯性组合位置绕 X 轴正转 45, 此时 X 轴指向西, Y 轴指 向北偏地 45, Z 轴指向南。

12、偏地 45 ; 位置 15 : 对位置 14 中的捷联惯性组合位置绕 X 轴正转 180, 此时 X 轴指向西, Y 轴指 向南偏天 45, Z 轴指向北偏天 45 ; 位置 16 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的地、 西、 北方 向 ; 位置 17 : 对位置 16 中的捷联惯性组合位置绕 Y 轴正转 45, 此时 Y 轴指向西, Z 轴指 向北偏地 45, X 轴指向南偏地 45 ; 位置 18 : 对位置 17 中的捷联惯性组合位置绕 Y 轴正转 180, 此时 Y 轴指向西, Z 轴指 向南偏天 45, X 轴指向北偏天 45。 3. 根据权利要求。

13、 1 所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 其特征在于 : 所 权 利 要 求 书 CN 103884356 A 3 3/8 页 4 述步骤 (2) 中第 i 个位置 X、 Y、 Z 轴的补偿值 b-xi、 b-yi、 b-zi的计算公式为 : 其中, Kgx、 Kgy、 Kgz为捷联惯性组合陀螺仪组合标度因数 ; EXY、 EXZ、 EYX、 EYZ、 EZX、 EZY为捷联 惯性组合陀螺仪组合的安装误差角 ; x(i)、 y(i)、 z(i) 为第 i 个位置时地球自转角速 度在 X、 Y、 Z 轴方向的分量。 4. 根据权利要求 1 所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 。

14、其特征在于 : 所 述步骤 (4) 的实现方法为 : j 轴方向上不包含零次项系数的误差模型为 : j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax 2+D 5jay 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz 其中, j为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji-D0j-O; 各项系数的计算公式如下 : X 轴对 j 轴的一次项误差系数 D1j的计算公式为 : Y 轴对 j 轴的一次项系数 D2j的计算公式为 : Z 轴对 j 轴的一次项系数 D3j的计算公式为 : X 轴对 j 轴的二次项系数 D4j的计算公式为 : Y 轴对 j 轴的。

15、二次项系数 D5j的计算公式为 : Z 轴对 j 轴的二次项系数 D6j的计算公式为 : X、 Y 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D7j的计算公式为 : Y、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D8j的计算公式为 : 权 利 要 求 书 CN 103884356 A 4 4/8 页 5 X、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D9j的计算公式为 : 5. 根据权利要求 1 所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 其特征在于 : 所 述步骤 (5) 的实现方法为 : 对于 j 轴方向上的不含零次项的误差模型中的第 k 个误差系数 Dkj,, 其中 k=4,5,6, 其 显。

16、著性数值 F0-k为 : 其中, lk,k为 -1的第 k 行第 k 列的值, =ATA, M=YTY-YTA-1ATY, 且 Y= j1j2j18 T, 第 i 个位置时 j 轴方向上的不含零 次项的误差模型的输出值 ji=b-ji-D0j-O, axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值 ; 将 F0-k与数值 F0.99(1,9)=10.6 进行比较, 当 F0-k F0.99(1,9) 时, 该项系数显著 ; 当 F0-kF0.99(1,9) 时, 该项系数不显著。 6. 根据权利要求 1 所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合。

17、的方法, 其特征在于 : 所 述步骤 (6) 的实现方法如下 : j 轴方向上不包含零次项的误差模型为 : j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax 2+D 5jay 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz 其中, j为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji-D0j-O; 其误差模型显著性数值 F0为 : 其中, U0=YTA0-1ATY, 且, Y= j1 j2j18 T, 0=A TA, axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值 ; j 轴方向上不包含 X 轴对。

18、 j 轴二次项系数的误差模型为 : j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz 权 利 要 求 书 CN 103884356 A 5 5/8 页 6 其中, j为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 其误差模型显著性数值 Fx为 : 其中,Ux=Y TB xx -1B x TY,Y= j1 j2 j18 T, x=Bx TB x, axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值 ; j 轴方向上不包含 Y 轴对 j 轴二次。

19、项系数的误差模型为 : j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz 其中, j为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 其误差模型显著性数值 Fy为 : 其中, Uy=YTByy-1ByTY, 且, Y= j1 j2 j18 T, y=By TB y, axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值 ; j 轴方向上不包含 Z 轴对 j 轴二次项系数的误差模型为 : j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax。

20、 2+D 5jay 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz 其中, j为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 其误差模型显著性数值 Fz为 : 其中,Uz=Y TB zz -1B z TY, 且,Y= j1 j2 j18 T, z=BzTBz axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值。 7. 根据权利要求 1 所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 其特征在于 : 所 述步骤 (7) 和 (8) 中当 j 轴方向上的实际误差模型为不包含 X 轴对 j 轴二次项系数的误差 权 利 要 。

21、求 书 CN 103884356 A 6 6/8 页 7 模型j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时, 其中j为该误差 模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 其零次项系数 D0j的计算公式为 : X 轴对 j 轴的一次项系数 D1j的计算公式为 : Y 轴对 j 轴的一次项系数 D2j的计算公式为 : Z 轴对 j 轴的一次项系数 D3j的计算公式为 : Y 轴对 j 轴的二次项系数 D5j的计算公式为 : Z 轴对 j 轴的二次项系数 D6j的计算公式为 : X、 Y 轴向乘积对 j。

22、 轴的交叉耦合项系数 D7j的计算公式为 : Y、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D8j的计算公式为 : X、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D9j的计算公式为 : 8. 根据权利要求 1 所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 其特征在于 : 所 述步骤 (7) 和 (8) 中当 j 轴方向上的实际误差模型为不包含 Y 轴对 j 轴二次项系数的误差 模型j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时, 其中j为该误差 模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 零次项系数。

23、 D0j的计算公式为 : 权 利 要 求 书 CN 103884356 A 7 7/8 页 8 X 轴对 j 轴的一次项系数 D1j的计算公式为 : Y 轴对 j 轴的一次项系数 D2j的计算公式为 : Z 轴对 j 轴的一次项系数 D3j的计算公式为 : X 轴对 j 轴的二次项系数 D4j的计算公式为 : Z 轴对 j 轴的二次项系数 D6j的计算公式为 : X、 Y 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D7j的计算公式为 : Y、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D8j的计算公式为 : X、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D9j的计算公式为 : 9. 根据权利要求 1 。

24、所述的一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 其特征在于 : 所 述步骤 (7) 和 (8) 中当 j 轴方向上的实际误差模型为不包含 Z 轴对 j 轴二次项系数的误差 模型j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D5jay2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时, 其中j为该误差 模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 零次项系数 D0j的计算公式为 : X 轴对 j 轴的一次项系数 D1j的计算公式为 : Y 轴对 j 轴的一次项系数 D2j的计算公式为 : 权 利 要 求 书 CN 103884356 A 8 8/8 页 9 Z 轴。

25、对 j 轴的一次项系数 D3j的计算公式为 : X 轴对 j 轴的二次项系数 D4j的计算公式为 : Y 轴对 j 轴的二次项系数 D5j的计算公式为 : X、 Y 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D7j的计算公式为 : Y、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D8j的计算公式为 : X、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D9j的计算公式为 : 权 利 要 求 书 CN 103884356 A 9 1/20 页 10 一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种误差系数标定方法, 尤其涉及一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合 与视加速度有关的误差系数的方。

26、法, 属于捷联惯性组合标定技术, 可用于标定陀螺仪组合 的场合。 背景技术 0002 陀螺仪是惯性系统的核心部件, 用于敏感载体相对惯性空间的角位移或角速度, 对惯性系统的性能起着关键的作用, 是惯性技术研究的重点内容之一。为了完全测量运载 体在空间中的运动角速度和角位移, 捷联惯性组合中装有三个敏感轴互相垂直的陀螺仪, 其敏感轴方向指向捷联惯性组合定义的 X、 Y、 Z 轴正方向。因为地球转速相对于陀螺仪实 际使用中感应的角速度较小, 所以会使用速率试验标定陀螺仪组合的标度因数和安装误差 角。在捷联惯性组合陀螺仪组合误差模型中除了这两种误差项, 陀螺仪输出大小与其承受 的视加速度也是有关的,。

27、 误差模型包含了零次项、 一次项、 二次项和交叉耦合项四种, 一般 使用多位置试验来标定这类误差项。但在理论上, 零次项与 3 个二次项线性相关, 当在一个 方程中同时计算这 4 项数值时会无法得到正确数值, 所以一般标定方法只能标定出陀螺仪 组合中与视加速度有关的零次项和一次项的系数, 无法标定出二次项, 也不会标定交叉耦 合项系数。这种标定方法将降低标定出系数的有效性, 并且导致运载体处在非测量角速度 时, 解算结果出现偏差。 因此, 为了标定出捷联惯性组合陀螺仪误差模型中所有与视加速度 有关的误差项系数, 并提高标定系数的精度, 需要研究一种新型的陀螺仪组合误差标定方 法。 发明内容 0。

28、003 本发明解决的技术问题是 : 克服现有标定方法的不足, 提供一种标定捷联惯性组 合陀螺仪组合的方法, 实现了对陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中所有项误差系数 的标定, 解决了二次项系数无法标定的问题, 提高了惯性导航解算的精度。 0004 本发明的技术解决方案是 : 一种标定捷联惯性组合陀螺仪组合的方法, 步骤如 下 : 0005 (1) 将捷联惯性组合静置于 18 个位置, 在第 i 个位置时, 采集 X、 Y、 Z 轴陀螺仪组 合经过 t 秒输出的脉冲个数 Gx(i)、 Gy(i) 和 Gz(i), 其中 i 1,18 ; 0006 (2) 根据步骤 (1) 中经过测量时间 t 。

29、输出的脉冲个数, 利用已知的陀螺仪组合标 度因数、 安装误差角系数以及地球自转角速度计算每个位置 j 轴的补偿值 b-ji, 其中, j 为 X、 Y 或 Z ; 0007 (3) 捷联惯性组合陀螺仪在 j 轴方向上与视加速度有关的误差模型为 j=D0j+D 1jax+D2jay+D3jaz+D4jax 2+D 5jay 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz, 根据步骤 (2) 中得到的陀螺仪组合 18 个位置 j 轴的补偿值, 利用公式得到该误差模型中的零次项误差系数 说 明 书 CN 103884356 A 10 2/20 页 11 D0j的初始值 D0j。

30、-O; 0008 其中, j为该误差模型的输出值, ax、 ay、 az为视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上 的分量 ; D0j为捷联惯性组合陀螺仪零次项误差系数 ; D1j、 D2j、 D3j为捷联惯性组合陀螺仪组 合与视加速度有关的一次项误差系数 ; D4j、 D5j、 D6j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度 有关的二次项误差系数 ; D7j、 D8j、 D9j为捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的交叉耦 合项误差系数 ; j 为 X、 Y 或 Z ; 0009 (4) 根据步骤 (2) 中得到的陀螺仪组合 18 个位置 j 轴的补偿值以及步骤 (3) 中得 到的 j 轴方向上捷。

31、联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的误差模型中的零次项误差系 数的初始值, 计算 j 轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次项系 数的误差模型中的各项系数值, 其中, j 为 X、 Y 或 Z ; 0010 (5) 根据步骤 (4) 中获得的 j 轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的误差系 数值, 计算j轴方向上的不含零次项系数的误差模型中的二次项系数D4j、 D5j和D6j的显著性 数值, 若二次项系数全显著则进行步骤 (6) , 如果二次项系数不是全显著, 则进行步骤 (8) ; 0011 (6) 分别计算 j 轴方向上捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的不包含零次 。

32、项系数的误差模型、 不包含 X 轴对 j 轴二次项系数的误差模型、 不包含 Y 轴对 j 轴二次项系 数的误差模型以及不包含 Z 轴对 j 轴二次项系数的误差模型的显著性数值 ; 0012 (7) 根据步骤 (6) 获得的 4 个显著性数值, 选取显著性数值最大的误差模型作为 j 轴的实际误差模型 ; 当 j 轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误差模型时, 步骤 (4) 中 计算出来的系数值即为陀螺仪组合在 j 轴方向上与视加速度有关的误差模型中的各项系 数值 ; 当 j 轴方向上的实际误差模型为其它模型时, 计算误差模型中所有误差系数值 ; 0013 将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性。

33、组合陀螺仪组合与视加速度有关的 误差模型中, 从而完成捷联惯性组合陀螺仪组合的标定 ; 0014 (8) 在步骤 (5) 分析的 j 轴方向上, 选取不包含显著性数值最小的二次项系数的误 差模型作为 j 轴方向上的实际误差模型 ; 当 j 轴方向上的实际误差模型为不含零次项的误 差模型时, 步骤 (4) 中计算出来的系数值即为陀螺仪组合在 j 轴方向上与视加速度有关的 误差模型中的各项系数值 ; 当 j 轴方向上的实际误差模型为其它模型时, 计算误差模型中 所有误差系数值 ; 0015 将误差模型中的各项系数值反馈到捷联惯性组合陀螺仪组合与视加速度有关的 误差模型中, 从而完成捷联惯性组合陀螺。

34、仪组合的标定。 0016 所述步骤 (1) 中捷联惯性组合的 18 个位置分别为 : 0017 位置 1 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的东、 天、 南 方向 ; 0018 位置 2 : 对位置 1 中的捷联惯性组合位置绕 X 轴正转 45, 此时 X 轴指向东, Y 轴 指向南偏天 45, Z 轴指向南偏地 45 ; 0019 位置 3 : 对位置 2 中的捷联惯性组合位置绕 X 轴正转 180, 此时 X 轴指向东, Y 轴 指向北偏地 45, Z 轴指向北偏天 45 ; 0020 位置 4 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地。

35、理坐标系的天、 南、 东 方向 ; 0021 位置 5 : 对位置 4 中的捷联惯性组合位置绕 Z 轴正转 45, 此时 Z 轴指向东, X 轴 说 明 书 CN 103884356 A 11 3/20 页 12 指向南偏天 45, Y 轴指向南偏地 45 ; 0022 位置 6 : 对位置 5 中的捷联惯性组合位置绕 Z 轴正转 180, 此时 Z 轴指向东, X 轴 指向北偏地 45, Y 轴指向北偏天 45 ; 0023 位置 7 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的南、 东、 天 方向 ; 0024 位置 8 : 对位置 7 中的捷联惯性组合位置绕 Y。

36、 轴正转 45, 此时 Y 轴指向东, Z 轴 指向南偏天 45, X 轴指向南偏地 45 ; 0025 位置 9 : 对位置 8 中的捷联惯性组合位置绕 Y 轴正转 180, 此时 Y 轴指向东, Z 轴 指向北偏地 45, X 轴指向北偏天 45 ; 0026 位置 10 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的北、 地、 西 方向 ; 0027 位置 11 : 对位置 10 中的捷联惯性组合位置绕 Z 轴正转 45, 此时 Z 轴指向西, X 轴指向北偏地 45, Y 轴指向南偏地 45 ; 0028 位置 12 : 对位置 11 中的捷联惯性组合位置绕 Z。

37、 轴正转 180, 此时 Z 轴指向西, X 轴指向南偏天 45, Y 轴指向北偏天 45 ; 0029 位置 13 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺仪分别指向测试点地理坐标系的西、 北、 地 方向 ; 0030 位置 14 : 对位置 13 中的捷联惯性组合位置绕 X 轴正转 45, 此时 X 轴指向西, Y 轴指向北偏地 45, Z 轴指向南偏地 45 ; 0031 位置 15 : 对位置 14 中的捷联惯性组合位置绕 X 轴正转 180, 此时 X 轴指向西, Y 轴指向南偏天 45, Z 轴指向北偏天 45 ; 0032 位置 16 : 使捷联惯性组合 X、 Y、 Z 轴陀螺。

38、仪分别指向测试点地理坐标系的地、 西、 北 方向 ; 0033 位置 17 : 对位置 16 中的捷联惯性组合位置绕 Y 轴正转 45, 此时 Y 轴指向西, Z 轴指向北偏地 45, X 轴指向南偏地 45 ; 0034 位置 18 : 对位置 17 中的捷联惯性组合位置绕 Y 轴正转 180, 此时 Y 轴指向西, Z 轴指向南偏天 45, X 轴指向北偏天 45。 0035 所述步骤 (2) 中第 i 个位置 X、 Y、 Z 轴的补偿值 b-xi、 b-yi、 b-zi的计算公式为 : 0036 0037 其中, Kgx、 Kgy、 Kgz为捷联惯性组合陀螺仪组合标度因数 ; EXY、 。

39、EXZ、 EYX、 EYZ、 EZX、 EZY为 捷联惯性组合陀螺仪组合的安装误差角 ; x(i)、 y(i)、 z(i) 为第 i 个位置时地球自转 角速度在 X、 Y、 Z 轴方向的分量。 0038 所述步骤 (4) 的实现方法为 : 0039 j 轴方向上不包含零次项系数的误差模型为 : 0040 j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax 2+D 5jay 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz 0041 其中, j为该误差模型的输出值, 第i个位置时其输出值为ji=b-ji-D0j-O; 0042 各项系数的计算公式如下 : 说 明 书 CN 。

40、103884356 A 12 4/20 页 13 0043 X 轴对 j 轴的一次项误差系数 D1j的计算公式为 : 0044 0045 Y 轴对 j 轴的一次项系数 D2j的计算公式为 : 0046 0047 Z 轴对 j 轴的一次项系数 D3j的计算公式为 : 0048 0049 X 轴对 j 轴的二次项系数 D4j的计算公式为 : 0050 0051 Y 轴对 j 轴的二次项系数 D5j的计算公式为 : 0052 0053 Z 轴对 j 轴的二次项系数 D6j的计算公式为 : 0054 0055 X、 Y 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D7j的计算公式为 : 0056 0057 Y。

41、、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D8j的计算公式为 : 0058 0059 X、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D9j的计算公式为 : 0060 0061 所述步骤 (5) 的实现方法为 : 0062 对于j轴方向上的不含零次项的误差模型中的第k个误差系数Dkj, 其中k=4,5,6, 其显著性数值 F0-k为 : 0063 0064 其中, lk,k为 -1的第 k 行第 k 列的值, =ATA, 说 明 书 CN 103884356 A 13 5/20 页 14 0065 0066 M=YTY-YTA-1ATY, 且 Y= j1 j2 j18 T, 第 i 个位置时 。

42、j 轴方向上的 不含零次项的误差模型的输出值 ji=b-ji-D0j-O, axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度 分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值 ; 0067 将F0-k与数值F0.99(1,9)=10.6进行比较, 当F0-kF0.99(1,9)时, 该项系数显著 ; 当 F0-kF0.99(1,9) 时, 该项系数不显著。 0068 所述步骤 (6) 的实现方法如下 : 0069 j 轴方向上不包含零次项的误差模型为 : 0070 j=D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax 2+D 5jay 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz。

43、+D9jaxaz 0071 其中, j为该误差模型的输出值, 第i个位置时其输出值为ji=b-ji-D0j-O; 0072 其误差模型显著性数值 F0为 : 0073 0074 其中, U0=YTA0-1ATY, 且, Y= j1 j2 j18 T, 0=A TA, axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值 ; 0075 j 轴方向上不包含 X 轴对 j 轴二次项系数的误差模型为 : 0076 j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz 0077。

44、 其中, j为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 0078 其误差模型显著性数值 Fx为 : 0079 0080 其中, Ux=YTBxx-1BxTY, Y= j1 j2 j18 T, x=Bx TB x, axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值 ; 0081 j 轴方向上不包含 Y 轴对 j 轴二次项系数的误差模型为 : 0082 j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax 2+D 6jaz 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz 说 明 书 CN 103884356。

45、 A 14 6/20 页 15 0083 其中, j为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 0084 其误差模型显著性数值 Fy为 : 0085 0086 其 中, Uy=YTByy-1ByTY,且, Y= j1 j2 j18 T, y=By TB y, axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值 ; 0087 j 轴方向上不包含 Z 轴对 j 轴二次项系数的误差模型为 : 0088 j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax 2+D 5jay 2+D 7jaxay+D8jayaz+D9j。

46、axaz 0089 其中, j为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 0090 其误差模型显著性数值 Fz为 : 0091 0092 其中,Uz=YTBzz-1BzTY, 且,Y= j1 j2 j18 T, z=BzTBz axi、 ayi、 azi为第 i 个位置时视加速度分别在 X、 Y、 Z 轴方向上的分量, 为已知值。 0093 所述步骤 (7) 和 (8) 中当j轴方向上的实际误差模型为不包含X轴对j轴二次项系 数的误差模型 j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D5jay2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时, 其。

47、中 j 为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 0094 其零次项系数 D0j的计算公式为 : 0095 0096 X 轴对 j 轴的一次项系数 D1j的计算公式为 : 0097 0098 Y 轴对 j 轴的一次项系数 D2j的计算公式为 : 0099 0100 Z 轴对 j 轴的一次项系数 D3j的计算公式为 : 说 明 书 CN 103884356 A 15 7/20 页 16 0101 0102 Y 轴对 j 轴的二次项系数 D5j的计算公式为 : 0103 0104 Z 轴对 j 轴的二次项系数 D6j的计算公式为 : 0105 0106 X、 Y 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D7j的计算公式为 : 0107 0108 Y、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D8j的计算公式为 : 0109 0110 X、 Z 轴向乘积对 j 轴的交叉耦合项系数 D9j的计算公式为 : 0111 0112 所述步骤 (7) 和 (8) 中当j轴方向上的实际误差模型为不包含Y轴对j轴二次项系 数的误差模型 j=D0j+D1jax+D2jay+D3jaz+D4jax2+D6jaz2+D7jaxay+D8jayaz+D9jaxaz时, 其中 j 为该误差模型的输出值, 第 i 个位置时其输出值为 ji=b-ji; 011。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 物理 > 测量;测试


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1