专利名称：一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法
技术领域：
本发明涉及一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，属于惯性导航/组合导航技术领域。
背景技术：
惯性导航是完全自主导航设备，自主完成导航任务，不受外部干扰等；但是，惯导误差随时间积累，难以长时间准确提供导航信息。因此，惯导系统与外部传感器共同实现组合导航是必然的发展趋势。目前，常用的车载组合导航的方式主要有惯导/GPS组合及惯导/里程计组合。惯导/GPS组合导航虽然能够很好地解决误差积累的问题，但GPS存在易受 电子干扰、信号易被遮挡等缺点，组合系统属于非自主式；里程计虽能够测量车辆的速度及里程，但里程计刻度因子的变化较大，严重制约其测量精度，而且在每次使用过程中必须进行实时标校。激光(多普勒)测速仪是利用激光多普勒效应来测量运动速度的一种仪器，由激光测速仪的原理可知，将激光测速仪固联在运动的载体上，并使得激光测速仪发射的激光束打到地面上，由于其发射的频率和其接收到地面反射回的频率不同而产生多普勒频移，由此即可测出载体相对于地面的速度。激光测速仪作为一种新型的速度传感器，具有精度高、测速范围宽、动态性能好及非接触测量等优点，由它和惯导进行组合导航，不需要依靠任何外界信息，不受外界干扰、屏蔽等影响，可以实现全自主式高精度组合导航。当前，激光测速仪和惯导系统进行组合导航已成为重要的发展方向，而目前还未全面地提出一种用于组合导航的激光测速仪精度测试与计算的方法，针对这一现状，提出了本发明中所阐述的用于组合导航的激光测速仪精度测试与计算方法。
发明内容
I、目的本发明的目的是提供一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，它采用高精度角速率转台(或类似功能设备)，对激光测速仪的如下精度指标进行测试与计算标度因数，零偏，标度因数非线性，标度因数重复性，零偏重复性，标度因数稳定性，零偏稳定性，噪声。2、技术方案将单波束激光测速仪发射的激光束照射到角速率转台边缘柱面上，当转台以角速度ω旋转时，边缘切线速度为v=Ro，发射激光与转台边缘切线速度成Θ角照射到转台边缘上，可得到激光测速仪测得的速度Vt=V -cos Θ。性能优良的角速率转台可以为测试提供高精度的速度源，保证测试的有效性。测试示意图如图I所示。本发明一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，该方法具体步骤如下步骤I :将角速率转台的旋转轴置为垂直，与当地垂线间误差不超过规定值。
步骤2 :将单波束激光测速仪的激光发射端水平对准转台的边缘，误差不超过规定值，然后固定放置。步骤3 :测量激光束与转台边缘切线方向的夹角Θ，若Θ为90。，则调整激光束的方向使得夹角Θ不为90°。步骤4 :在转台可提供角速度范围内，设置M (预定M≥15)个角速率输入点。步骤5 :按照专用技术条件设定激光测速仪输出数据的采样间隔及采样次数。步骤6 :角速率转台加电，将设置的M个角速率值依次设定为转台转动角速度，在各角速率点下，待转台转动稳定后接通单波束激光测速仪的电源，测试激光测速仪输出，求出各角速度下激光测速仪输出的平均值。步骤7 :用步骤6所测得的数据计算标度因数，零偏以及标度因数非线性；步骤8 :按照步骤f 6重复测试Q次，Q > 6，用所得数据计算标度重复性和零偏重复性。步骤9 :设定角速率转台的转速为低转速ω。待转速稳定后，激光测速仪测试2小时的预定时间，得到的数据按预定30秒的时间平滑后计算其均方差，即可得到零偏稳定性。在所得的数据中取预定30秒时间的数据计算其均方差可得其噪声。步骤10 :设定角速率转台的转速为高转速ωΗ，待转速稳定后，激光测速仪测试的时间按预定2小时计，得到的数据按预定30秒的时间平滑后计算其均方差，再将其平方值和零偏稳定性的平方值的差值开根号即可得到标度因数稳定性。其中，步骤7所述的“用步骤6所测得的数据计算标度因数，零偏以及标度因数非线性”其具体实现过程如下I)标度因数与零偏将角速率转台的旋转轴置为垂直，与当地垂线间误差不超过规定值。将单波束激光测速仪的激光发射端水平对准转台的边缘，误差不超过规定值。在转台可提供角速度范围内，设定Μ、预定M > 15个角速度档。测试步骤如下按照专用技术条件设定激光测速仪输出数据的采样间隔及采样次数；角速率转台加电，将设置的M个角速率值依次设定为转台转动角速度，在各角速率点下，待转台转动稳定后接通单波束激光测速仪的电源，测试激光测速仪输出，求出各角速度下激光测速仪输出的平均值。设P,为角速率台的第j个输入角速率时激光测速仪输出的平均值，标度因数和零偏的计算方法见公式(1Γ(4)
权利要求
1.一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤I:将角速率转台的旋转轴置为垂直，与当地垂线间误差不超过规定值； 步骤2 :将单波束激光测速仪的激光发射端水平对准转台的边缘，误差不超过规定值，然后固定放置； 步骤3 :测量激光束与转台边缘切线方向的夹角0，若0为90。，则调整激光束的方向使得夹角9不为90° ; 步骤4 :在转台可提供角速度范围内，设置M，预定MS 15个角速率输入点； 步骤5 :按照专用技术条件设定激光测速仪输出数据的采样间隔及采样次数； 步骤6 :角速率转台加电，将设置的M个角速率值依次设定为转台转动角速度，在各角速率点下，待转台转动稳定后接通单波束激光测速仪的电源，测试激光测速仪输出，求出各角速度下激光测速仪输出的平均值； 步骤7 :用步骤6所测得的数据计算标度因数，零偏以及标度因数非线性； 步骤8 :按照步骤I飞重复测试Q次，Q > 6，用所得数据计算标度重复性和零偏重复性； 步骤9 :设定角速率转台的转速为低转速待转速稳定后，激光测速仪测试2小时的预定时间，得到的数据按预定30秒的时间平滑后计算其均方差，即得到零偏稳定性；在所得的数据中取预定30秒时间的数据计算其均方差得其噪声； 步骤10 :设定角速率转台的转速为高转速，待转速稳定后，激光测速仪测试的时间按预定2小时计，得到的数据按预定30秒的时间平滑后计算其均方差，再将其平方值和零偏稳定性的平方值的差值开根号即得到标度因数稳定性。
2.根据权利要求I所述的一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，其特征在于步骤7所述的“用步骤6所测得的数据计算标度因数，零偏以及标度因数非线性”，其具体实现过程如下 I)标度因数与零偏 将角速率转台的旋转轴置为垂直，与当地垂线间误差不超过规定值；将单波束激光测速仪的激光发射端水平对准转台的边缘，误差不超过规定值；在转台可提供角速度范围内，设定M、预定M > 15个角速度档； 测试步骤如下按照专用技术条件设定激光测速仪输出数据的采样间隔及采样次数；角速率转台加电，将设置的M个角速率值依次设定为转台转动角速度，在各角速率点下，待转台转动稳定后接通单波束激光测速仪的电源，测试激光测速仪输出，求出各角速度下激光测速仪输出的平均值； 设为角速率台的第j个输入角速率时激光测速仪输出的平均值，标度因数和零偏的计算方法见公式ar (4) Vj =jrtvjK(I)K=I 建立激光测速仪输入输出关系的线性模型 Vj =SF-(R. Co■ cos8) + B +e}.(2)用最小二乘法求标度因数SF和零偏B
3.根据权利要求I所述的一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，其特征在于步骤8所述的“用所得数据计算标度重复性和零偏重复性”，其具体实现过程如下 .3)标度因数重复性 按照I)中测试与计算方法重复Q次，Q > 6，得到Q个标度因数值； 按公式(8)计算标度因数重复性
4.根据权利要求I所述的一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，其特征在于步骤9所述的计算“零偏稳定性及噪声”，其具体实现过程如下 5)零偏稳定性 角速率转台以低转速转动，则激光测速仪输入小速度值，待转台转速稳定后，激光测速仪测试时间为预定2小时，得到的数据按预定30秒的时间平滑后计算其均方差，即得到零偏稳定性； 按公式(10)计算激光测速仪的零偏稳定性
5.根据权利要求I所述的一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，其特征在于步骤10所述的计算“标度因数稳定性”，其具体实现过程如下 7)标度因数稳定性 角速率转台以高速转动，待转台转速稳定后，激光测速仪测试时间为预定2小时，得到的数据按预定30秒的时间平滑后计算其均方差得到标度因数稳定性的初始值，再将其平方值和零偏稳定性平方值的差值开根号即得到标度因数稳定性； 按照公式(12)计算标度因数稳定性的初始值
全文摘要
一种用于组合导航的单波束激光测速仪精度测试与计算方法，有十大步骤一、设置好转台旋转轴位置；二、将测速仪的激光发射端水平对好转台的边缘；三、测量激光束与转台边缘切线方向夹角；四、在输入角速度范围内，设置角速率输入点；五、按标准设定测速仪输出数据采样间隔及次数；六、测试并求出该输入角速度下输出平均值；七、用上步数据计算标度因数、零偏和标度因数非线性；八、按照一~六重复测试，计算标度和零偏重复性；九、设转台为低转速，测试和数据按预定时间平滑后计算其均方差，得零偏稳定性和噪声；十、设转台为高转速，测试和数据按预定时间平滑后计算其均方差，再将其平方值和零偏稳定性的平方值的差值开平方即得标度因数稳定性。
文档编号G01C25/00GK102706367SQ20121020978
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者宋凝芳, 尹俊杰, 张小跃, 张春熹, 晁代宏, 潘建业 申请人:北京航空航天大学