对准轴对称振动传感器惯性导航系统的方法以及相应的惯性导航系统.pdf

一种对准具有发生振动的轴对称振动传感器的惯性导航系统的方法，包括以下步骤：将此振动建立在令该传感器对其显现出的漂移误差变动相对于对此振动的其他方位的漂移误差变动为最小的方位上。

1.  一种对准具有发生振动的轴对称振动传感器的惯性单元的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将所述振动建立在令所述传感器对其显现出的漂移误差变动相对于对振动的其他方位的漂移误差变动最小化的方位上。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括校准阶段(10)，所述校准阶段(10)包括以下步骤：激励所述传感器以控制在相继的互不相同的方位上(13)以及在互不相同的温度上的振动，以及对于每一振动方位，测量作为温度的函数的漂移误差变动(14)，并选择(15)令漂移误差变动最小的方位。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括校准阶段(10)，所述校准阶段(10)包括以下步骤：在恒定的温度激励所述传感器以导致振动在相继的互不相同的方位上(13)发生，以及对于每一方位，测量在互不相同的瞬间上的漂移误差变动(14)，并选择(15)令漂移误差变动最小的方位。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括校准阶段(10)，所述校准阶段(10)包括以下步骤：在互不相同的温度激励所述传感器以导致其在相继的互不相同的方位上(13)振动，在每一振动方位上测量所述漂移误差作为温度的函数的变动；以及通过在对这些方位测量互不相同的瞬间上的漂移误差变动(14)、并且选择令作为所述这些瞬间的函数的所述这些漂移误差变动最小的方位，来选择令漂移误差变动最小的方位(14)。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括校准阶段，所述校准阶段包括以下步骤：建模所述这些漂移误差并且确定漂移误差校正。

6.  一种惯性单元，包括轴对称振动传感器、以及用于激励所述传感器发生振动的装置(6)，其特征在于，所述单元进一步包括用于在令所述传感器对其显现出的漂移误差变动与对振动的其他方位的漂移误差变动相比为最小的方位上建立振动的装置(8)。

7.  如权利要求6所述的惯性单元，其特征在于，所述惯性单元包括存储器构件(9)，用于储存所述令传感器显现出具有最小变动的漂移误差的方位。

8.  如权利要求7所述的惯性单元，其特征在于，所述惯性单元包括用于储存漂移误差的模型的存储器装置(9)和用于产生漂移误差校正的装置(6)。

对准轴对称振动传感器惯性导航系统的方法以及相应的惯性导航系统
本发明涉及对准具有轴对称振动传感器的惯性单元的方法、以及相应的包括轴对称振动传感器的惯性单元。
发明背景
为了确定运载工具的朝向，尤其是为了导航飞机，常见做法是使用包括诸如半球形钟振动传感器或Quapason陀螺仪之类的轴对称振动传感器的惯性单元。
还知道轴对称振动传感器适用于或者在自由陀螺模式下或者在速率陀螺模式下工作。在自由陀螺模式下，振动得以维持但方位听任自由；当运载工具的朝向变动时，振动相对于基底的方位就代表该运载工具已转过的角度。
在速率陀螺模式下，振动得以维持并且通过施加合适的电子控制使该振动相对于其基底的方位保持不变。必需的控制就代表运载工具在惯性空间中的旋转速率。
在实践中，用于在自由陀螺模式下导航的轴对称振动传感器获益于有卓越品质的比例因子(Bryan系数)。
导航行程包括两个主要阶段：
·预备或“对准”阶段，用于定义该单元的初始地理朝向；以及
·行程本身，期间上述初始地理朝向用作计算运载工具的瞬时地理朝向和方位的基准。
结果所得导航的质量，尤其是航向计算的准确性直接取决于装配到导航单元的陀螺仪的漂移误差。
在自由陀螺模式下使用的轴对称振动陀螺仪呈现如下特征，其表现出的漂移误差是振动相对于传感器基底的方位的函数。此漂移误差自然而然被建模并加以补偿，但这样的补偿向来不理想。由此仍有作为方位的函数的漂移误差。当在导航单元中使用这样的陀螺仪时，此漂移误差就成为该单元中的误差源之一。
此外，该漂移误差还作为温度的函数以及作为时间的函数而变动。
本发明基于以下两个观察结论：
1)陀螺仪在对准阶段期间的漂移误差对导航性能有着尤其大的影响；以及
2)在对准阶段期间，运载工具并不改变其朝向。
在开动导航单元时，振动的初始方位是先验任意性的，并且其在各次开动间可能会变动；与该振动方位相关联的漂移误差由此是可变的并且会扰动对准的质量。
发明目标
本发明的一个目标是使漂移误差对惯性单元的导航性能的影响最小化。
发明概要
为达成此目标，本发明提供一种对准具有发生振动的轴对称振动传感器的惯性单元的方法，该方法包括以下步骤：将此振动建立在令该传感器对其显现出的漂移误差变动相对于对此振动的其他方位的漂移误差变动最小化的方位上。
此过程使得可以：
·使缘于传感器的漂移误差的对准误差最小化；以及
·改善漂移误差在各次对准之间的可重复性，由此使得可对其进行观察并因此可对其进行补偿，因为振动的方位保持相同。
在本发明的方法的有利实现中，为对准阶段期间的振动选择的方位本质上是计及作为温度的函数的漂移误差变动。
在本发明的另一优选实现中，为对准阶段选择的振动方位起先计及作为温度的函数的漂移误差变动并随后计及作为时间的函数的漂移误差变动。
在另一方面中，本发明提供一种惯性单元，其包括轴对称振动传感器、用于激励该传感器发生振动的装置、以及用于将振动建立在令该传感器对其显现出的漂移误差变动与对此振动的其他方位的漂移误差变动相比为最小的方位上的装置。

附图简述
参考附图阅读以下对本发明的具体但非限定性实现的描述后本发明的其他特性和优点就会显现，在附图中：
·图1是沿示出半球形钟振动传感器的图2中的线I-I截得的图解轴向截面视图；以及
·图2是沿图1中的线II-II截得的截面视图连同图解本发明的方法的实现的框图。
发明详细说明
参考附图，所示半球形钟振动传感器按已知方式包括二氧化硅质钟1，其搭载在同样是用二氧化硅制成的基底2上，钟1由密封壳体3围绕以使得该传感器能被抽空。
钟1的内表面也按已知方式镀上金属，其面向两对控制电极4和两对检测电极5延伸的底缘也是如此，上述这些电极适当地连接至控制及检测单元6，用于发生由图2中的点划线代表的、并且方位能由控制单元6控制的振动11。
控制及检测单元6也按已知方式连接至构件7，该构件7用于在从该控制及检测单元接收到的检测信号的基础上计算该传感器的朝向。
根据本发明，对准阶段是通过用控制信号激励该传感器来执行的，其中该控制信号将结果所得振动定位于储存在存储器构件9中的选定方位上。
在所示示例中，用于实现对准阶段的上述选定方位是在校准阶段10期间确定的，校准阶段10优选是在车间中执行的并且包括以下步骤：在将传感器保持不动的情况下，用控制信号13在图2中由点划线11和加粗双向箭头12代表的多个相继的不同振动方位上激励该传感器。对于每一振动方位，通过在保持振动方位控制恒定的同时相继使该传感器处于互不相同的温度来执行对作为温度的函数的漂移误差变动的测量14。储存所获得的对这些实际方位的各种测量，并且随后执行此种误差上的这些变动之间的比较以选择(15)给出最小的作为温度的函数的变动的那个方位。
当作为温度的函数的这些漂移误差变动在多个振动方位上相同时，则在本发明的优选实现中，作出执行新测量的规定，即在这些振动方位之中的每一个上，以恒定的温度并且在互不相同的瞬间执行新测量以感测作为时间的函数的漂移误差变动，并且选择给出最小漂移误差变动的方位。将最终留存的方位储存在方位存储器构件9中供每一对准阶段后续使用。在每一对准阶段期间，直接在所储存的方位上建立振动。
还优选将漂移误差——包括其上的变动——建模成温度的函数和时间的函数，并且将该模型储存在存储器构件9中供向控制及检测单元6传送，以便对在对准阶段期间所取得的测量作校正。
当然，本发明并不被限定于所描述的信息，并且可提供变体实现而不会超出由权利要求书所定义的发明范围。
具体而言，尽管在优选实现中作出在优先基础上执行对作为温度的函数的漂移误差变动的选择的规定——因为温度一般是最灵敏的参数，但是也可以作出直接在作为时间的函数的漂移误差变动的基础上选择方位的规定，或者作出正好相反地将选择限定于令作为温度的函数变动最小的方位的规定。
尽管本发明是用半球形钟振动传感器进行更具体描述的，但是本发明适用于在自由陀螺模式下使用的任何轴对称振动传感器，尤其是Quapason陀螺仪。
尽管本发明被描述为纳入了先验校准阶段，但也可以令对准阶段用的振动方位初始是随机选择的并在数个行程之后加以修改，从而使得能够对在相继的对准阶段期间建立振动的这些不同方位的漂移误差执行统计分析，并且比较所获得的结果，以便最终留存对准阶段期间最佳的方位。