专利名称：一种基于双轴转台的光学捷联惯导系统的标定方法
技术领域：
本发明涉及一种基于双轴转台的光学捷联惯导系统的标定方法，属于航空、航天导航仪表标定及检测技术领域。
背景技术：
标定技术本质上是一种误差补偿技术。所谓标定是建立惯性仪表与惯性系统的模型方程，利用专门的测试设备及软件算法，标定出仪表和系统的误差项，并给予补偿，提高仪表和系统的实际使用精度。目前标定方法需要利用转台执行预先设定好的标定路径，经过位置测量试验、速率测量试验，标定出光学陀螺的零位偏值、刻度因数、安装误差；石英挠性加速度计的零位偏值、刻度因数、安装误差。光学捷联惯导系统的标定技术作为一种误差补偿技术，首先建立关于误差项的输入输出模型，光学捷联惯导系统误差模型是通过对系统特性分析建立的相关误差项数学模型。误差模型建立后，采用不同的标定方法与专用的测试设备，辨识出误差模型中的误差项，其中测试设备用来提供相对准确的输入参考，通常使用转台作为专用测试设备。辨识出各误差项后，利用误差模型补偿到惯导输出数据中，得到精度更高的数据。光学捷联惯导系统误差模型。光学陀螺误差模型光学陀螺包括光纤陀螺与激光陀螺，由于二者之间的结构特点，误差模型差别不大，多数建立的激光、光纤陀螺误差模型是相同的。通常选取刻度因数、失准角、零偏作为误差项。加速度计误差模型对于石英挠性加速度计的建模有不同建立方式，主要区别在于是否含有比力的二次项误差，但这一项一般来说是小量，对标定结果影响不大。与陀螺标定相同，通常选取刻度因数、失准角、零偏作为误差项。转台是标定的重要设备，转台是为被测量设备提供精确的位置、转速的装置。我们利用转台是为了得到惯导系统准确的输入信息，并利用不同位置、转速将不同的误差项分离，达到准确获取标定参数的目的。转台对惯导系统测试标定有下列重要作用1)准确表征载体在惯性空间中转速与加速度的方向性。2)提供连续准确的惯导系统输入信息，为惯导系统误差补偿提供参考。目前的标定方法大多基于三轴转台设计的，曹宁生、陈北鸥、邓志红分别设计了速率实验和多位置静态测试的编排，标定陀螺和加速度计参数。为了缩短标定时间，有些学者将速率测试和多位置测试结合起来，设计了位置与转动交叉进行实验，同时标定陀螺和加速度计参数。如刘百奇的六位置旋转标定方法，李建利的“六方位正反转速”法，孙宏伟的 “动态翻滚六位置”快速标定方法和严恭敏的七位置连续转动标定方案。三轴转台具备全面的空间转动与定位功能，即可以实现载体所有的姿态角运动。 但是三轴转台存在价格昂贵，体积庞大、安装维护困难等问题，制约其在惯导系统标定上的应用。双轴转台较三轴转台缺少一个自由度，其定位与转动功能不足。但是从标定使用转台角度来看，通常的标定方法不会利用三轴转台的全部定位和转动功能，很多时候双轴转台同样能得到同等精度的标定结果。而且同等精度的双轴转台较三轴转台价格低、功耗低、体积小。利用三轴转台的标定方法很难克服转台自身误差带来的影响，由于三轴转台具有三个自由度，共有包括垂直度误差、相交度误差、回转误差在内的M项误差。其中垂直度误差、回转误差在上述的标定方法中很难消除，进而影响惯导系统的标定精度。现有技术的缺点1)基于三轴转台标定方法很难消除转台自身误差的影响，进而影响标定精度；2)三轴转台存在价格昂贵、体积大、安装维护困难等缺点；3)从现有文献来看，目前还没有基于双轴转台设计兼顾其转动功能与精度要求的标定方法。
发明内容
本发明提供了一种基于双轴转台的光学捷联惯导系统的标定方法，本标定技术能够有效消除转台安装误差的影响，得到较高精度的标定结果。本发明一种基于双轴转台的光学捷联惯导系统的标定方法，其具体布骤如下步骤一误差模型的选�。患铀俣燃莆蟛钅Ｐ�
faxkaxx ^axy ^axz^xBqx
f = k k k · A + B ...............................................................(1)
J ayayx ayy ayzyayV /
f k k k [Ai Ls
\J az J y azx azy azz J \ ζ J \ az J陀螺误差模型
(f λ (bhh λ fm \ (βλ
J S^ gsxgxygxz "Jx gx
f = kk k · ω + B ...............................................................(2)
J gy gygyygy^ y sy v '
\fgz J ^Jigzx kgzy kgzz J y(Oz J Iy-Bgz 夕其中fai、fgi分别为i轴加速度计、陀螺输出，A” COi分别为i轴加速度计、陀螺输入，Bai^Bgi分别为i轴加速度计、陀螺零偏，kaii、kgii分别为输入i轴加速度计、陀螺单位输入在输出i轴上的投影，kaij、kgij分别为输入j轴加速度计、陀螺单位输入在输出i轴上的投影(i、j = χ，y，ζ)。步骤二将惯导系统三轴朝向东北天方向安装到双轴转台上，转台、惯导系统、采集计算机连接完毕，通电预热30分钟后，进入数据采集过程；步骤三按照
图1所示的十二位置即东北天、西南天、北东地、南西地、天南东、天北西、地北东、地南西、南天西、北天东、南地东、北地西十二位置，每个位置静态采集三分钟，并将数据取平均后，存储到标定矩阵内；步骤四按照图2所示的两个位置东北天、北西天位置，分别绕z、y、x以ω为士2° /s，士 10° /s，士30° /s，士60° /s，士 100° /s转动三分钟，将输出数据取平均后存储到标定矩阵内；步骤五按照图3所示的四个位置即东北天、西南天、北东地、南西地位置，分别在每个位置上静态采集15分钟，将输出数据取均值并存储到标定矩阵内；步骤六利用最小二乘法解算加速度计标定参数，利用解析法计算陀螺标定参数；1)利用最小二乘法解算加速度计标定参数利用步骤三中十二位置的测量结果，其中;(7+ = x,>^)表示χ轴朝天的所有位置j轴输出的平均值Jf C/+ = x，>^)表示χ轴朝地的所有位置j轴输出的平均值； Jf (j = x,y, Ζ)表示y轴朝天的所有位置j轴输出的平均值冗(j = χ,兄ζ)表示y轴朝地的所有位置j轴输出的平均值；^7CZ = Uj)表示Z轴朝天的所有位置j轴输出的平均值；
^rCZ = Uj)表示Z轴朝地的所有位置j轴输出的平均值。
权利要求
1.-种基于双轴转台的光学捷联惯导系统的标定方法，其特征在于该方法具体布骤步骤一误差模型的选�。� 加速度计误差模型
全文摘要
一种基于双轴转台的光学捷联惯导系统的标定方法，它有六大步骤一、误差模型的选取；二、将惯导系统三轴朝向东北天方向安装到双轴转台上，整个系统连接通电预热后，采集数据；三按照东北天、西南天、北东地、南西地、天南东、天北西、地北东、地南西、南天西、北天东、南地东、北地西十二位置，分别采集数据并存储到标定矩阵内；四、按照东北天、北西天两个位置，分别绕z、y、x以ω为±2°/s，±10°/s，±30°/s，±60°/s，±100°/s转动三分钟，将输出数据取均值存储到标定矩阵内；五按照东北天、西南天、北东地、南西地四个位置，分别在每个位置上采集15分钟数据，并将输出数据取均值并存储到标定矩阵内；六、利用最小二乘法解算加速度计标定参数，利用解析法计算陀螺标定参数。
文档编号G01C25/00GK102564461SQ20121005003
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者丁枫, 宋来亮, 张小跃, 晁代宏, 王涛 申请人:北京航空航天大学
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