一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法
【专利摘要】一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，通过建立基准数学模型，将双轴旋转机构进行转动，得到安装于转台上的惯性测量系统输出值。在惯性测量系统的误差方程中将初始俯仰和滚转角误差作为变量，对其进行估计，得到精确的俯仰和滚转角。传统的实验室标定方法中，若转台位置发生改变，或将转台转移到外场进行测试时，需要重新采用计量等方法进行转台的标校，费时费力，不利于机动情况下的快速标定。本发明通过建立数学精确基准来确保惯性测量系统误差分离的有效性，使水平基准精度指标满足使用要求。在基准不确定情况下也能标定加速度计组合误差系数，提高外场标定效率，并提高标定系数的精度，准确标定出加速度计组合误差系数。
【专利说明】-种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种误差系数标定方法，尤其设及一种基准不确定情况下加速度计组 合误差系数标定方法，属于捷联惯性组合标定技术，可用于标定捷联惯性组合中加速度计 组合的场合。
【背景技术】
[0002] 加速度计是惯性导航和惯性制导系统的基本测量元件之一，它安装在运载体内 部，用于测量运载体的运动加速度，并通过对加速度的积分，求得其加速度和位置。因此，力口 速度计的性能和精度直接影响导航和制导系统的精度。当安装在运载体内部时，加速度计 的测量值不仅包括加速度计壳体随运载体运动的加速度、运载体相对于地球运动引起的哥 式加速度，还包括表观重力加速度。当加速度计的输入轴与地球重力方向一致时，则测量值 为地球重力的负数。所W可W用地球重力场来标定加速度计。捷联惯性组合是将巧螺仪和 加速度计集成在一起并直接安装在运载体上的惯性测量装置。在捷联惯性组合中，加速度 计测得的信号是运载体相对于惯性空间的视加速度在该加速度计敏感轴方向上的分量。为 了完全测量运载体在空间中的运动视加速度，捷联惯性组合中装有=个敏感轴互相垂直的 加速度计，其敏感轴方向指向捷联惯性组合定义的X轴、Y轴、Z轴正方向。在高精度测量中， 加速度计的输出为脉冲数，脉冲数输出频率可W按照W下公式与捷联惯性组合敏感到的视 加速度建立关系，即捷联惯性组合加速度计组合误差模型。
[0003]
【权利要求】
1. 一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其特征在于步骤如下： (1) 将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上，调节双轴旋转机构的内框架旋转角度和 外框架旋转角度，使得捷联惯性组合静置于16个不同的位置； (2) 在步骤⑴中确定的位置i，采集捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度计经过At秒输出的脉冲数Nax (i)、Nay⑴和Naz (i)，并记录该位置双轴旋转机构内框架a⑴和外框 架旋转角ea)，计算X轴、Y轴、z轴加速度计的脉冲数输出频率axa)、Aya)和aza)，其 中iG[1，16]，AtG[60,90]; (3) 结合预先多次测量取均值得到的加速度计组合的零次项、标度因数、安装误差角 和标度因数不对称项误差，利用步骤（2)中得到的16个位置加速度计组合的脉冲数输出 频率，计算各位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度abx' (i)、abY' (i)、 SbZr (i)； (4) 利用步骤（3)第一个位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，计算 得到捷联惯性组合在第一个位置的初始俯仰角0 〇和初始滚转角y (5) 根据步骤（2)中16个位置双轴旋转机构内框架a(i)和外框架旋转角0 (i)，步骤 (3)中加速度计组合经过补偿后得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，以及第一个位 置的初始俯仰角和初始滚转角Y〇,计算捷联惯性组合加速度计组合误差模型中的误差 系数偏差，包括标度因数偏差、零次项偏差、安装误差角偏差、标度因数不对称项误差偏差、 初始俯仰角误差、滚转角误差； (6) 将第一个位置的初始俯仰角0C1更新为第一个位置的初始俯仰角0C1与步骤（5)中 求得的初始俯仰角误差之和，并将第一个位置的初始滚转角Y〇更新为第一个位置的初始 滚转角Yo与步骤（5)中求得的初始滚转角误差之和，重复执行步骤（5)?步骤（6)N次， 得到双轴旋转机构在第一个位置与地理坐标系间的夹角0和Y，同时得到捷联惯性组合 加速度计组合误差模型中的误差系数偏差； (7) 将通过步骤（6)得到的误差系数偏差与已知的加速度计组合的零次项、标度因数、 安装误差角、标度因数不对称项误差对应求和，得到加速度计组合的误差系数精确值，实现 基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定。
2. 根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其 特征在于：所述步骤（1)中将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上，调节双轴旋转机构的 内框架旋转角度和外框架旋转角度，使得捷联惯性组合静置于16个不同的位置，具体为： 位置1 :调节旋转机构使捷联惯性组合静止于任意一个位置，记录此时的内框架旋转 角a(1)和外框架旋转角0 (1); 位置2 :调节旋转机构使内框架旋转角度a(2) =a(1)+90°，外框架旋转角度0 (2) =0 (1); 位置3:调节旋转机构使内框架旋转角度a(3) =a(1)+180°，外框架旋转角度 0 (3) = 0 (1)； 位置4:调节旋转机构使内框架旋转角度a(4) =a(1)+270°，外框架旋转角度 0 (4) = 0 (1)； 位置5 :调节旋转机构使内框架旋转角度a(5) =a(1)，外框架旋转角度0 (5)= 0 (1)+180° ； 位置6 :调节旋转机构使内框架旋转角度a(6) =a(1)+90°，外框架旋转角度0 (6) =0 (1)+180° ； 位置7:调节旋转机构使内框架旋转角度a(7) =a(1)+180°，外框架旋转角度 0 (7) = 0 (1)+180° ； 位置8:调节旋转机构使内框架旋转角度a(8) =a(1)+270°，外框架旋转角度 0 (8) = 0 (1)+180° ； 位置9 :调节旋转机构使内框架旋转角度a(9) =a(1)+90°，外框架旋转角度0 (9) =0 (1)+90° ; 位置10:调节旋转机构使内框架旋转角度a(10) =a(1)+270°，外框架旋转角度 0 (10) = 0 (1)+90° ; 位置11 :调节旋转机构使内框架旋转角度a(11) =a(1)，外框架旋转角度0 (11)= 0 (1)+90°; 位置12:调节旋转机构使内框架旋转角度a(12) =a(1)+180°，外框架旋转角度 0 (12) = 0 (1)+90° ; 位置13:调节旋转机构使内框架旋转角度a(13) =a(1)+270°，外框架旋转角度 0 (13) = 0 (1)+270° ; 位置14:调节旋转机构使内框架旋转角度a (14) = a (1)+90°，外框架旋转角度0 (14) = 0 (1)+270° ; 位置15:调节旋转机构使内框架旋转角度a(15) =a(1)+180°，外框架旋转角度 0 (15) = 0 (1)+270° ; 位置16 :调节旋转机构使内框架旋转角度a(16) =a(1)，外框架旋转角度0 (16)= 0 (1)+270° 〇
3. 根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其 特征在于：所述步骤（2)中第i个位置脉冲数输出频率由公式
给出。
4. 根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法， 其特征在于：所述步骤（3)中各位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度 abx' (i)、ab/ (i)、abz' (i)，具体由公式：
给出，其中，dl,、51,、5&_为预先多次测量取均值得到的加速度计组合的标度 因数不对称项误差；[、匕1、&,、€y、夂_、L为预先多次测量取均值得到的加速 度计组合安装误差角；为预先多次测量取均值得到的加速度计组合的零次 项；I、Ffly、I为预先多次测量取均值得到的加速度计组合标度因数。
5. 根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法， 其特征在于：所述步骤（4)中捷联惯性组合在第一个位置的初始俯仰角Qtl和初始滚转角 Yo;具体由公式：
给出，其中abx' (l)、abY' (1)和abz' (1)分别为第一个位置经补偿得到的捷联惯性 组合X轴、Y轴、Z轴加速度，g(l为测试地点地球重力加速度。
6. 根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其 特征在于：所述步骤（5)中计算捷联惯性组合加速度计组合误差模型中的误差系数偏差， 具体为： X轴的误差系数偏差估计式由公式：xishu_x= (Aax1Aax) ^1Aax1Yax 给出，其中，xishu_x= [SktlxSkaxAKaxSkyxSkzxA0Ay]T，Sktlj^X轴加速 度计的零次项偏差；SkaxSX轴加速度计的标度因数偏差；△K"为X轴加速度计的标度因 数不对称项误差偏差；SkyxSX轴相对于Y轴的安装误差角偏差；Sk2!￡为X轴相对于Z轴 的安装误差角偏差， Aax为X轴加速度计结构矩阵，由公式：
gQ为测试地点地球重力加速度； Yax为X轴的观测向量，具体由公式： Yax= [abxr (I)-F13(I) a,/ (2)-F13(2)…abx，(16)-F13 (16) ]T 给出； Y轴的误差系数偏差估计式由公式：xishu_y= (AaYTAaY) ^1Aay1Yay 给出，其中，xishu_y=[8kQy 8kxy 8kayAKay 8kzyA0 轴加速 度计的零次项偏差；SkxySY轴相对于X轴的安装误差角偏差；Sk37为Y轴加速度计的标 度因数偏差；AKaySY轴加速度计的标度因数不对称项误差偏差；Sk27为Y轴相对于Z轴 的安装误差角偏差； AaY为Y轴加速度计结构矩阵，具体由公式：
给出； Z轴的误差系数偏差估计式由公式：xishu_z=(Aaz1Aaz) ^1AaZ1Yaz 给出，其中，xishu_z=[5kQz 8kazAKaz 8kxz 8kyz]T，8kQzSZ轴加速度计的零次 项偏差；Skj%Z轴加速度计的标度因数偏差；AK32为Z轴加速度计的标度因数不对称项 误差偏差；SkxzSZ轴相对于X轴的安装误差角偏差；SkyzSZ轴相对于Y轴的安装误差 角偏差； Aaz为Z轴加速度计结构矩阵，具体由公式：
给出； Yaz为Z轴的观测向量，具体由公式： Yaz= [abz， (I)-F33(I)abzf (2)_F33(2)…abz， (16)-F33(16)]T 给出。
7.根据权利要求I所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其 特征在于：所述步骤（6)中N为大于等于10的自然数。
【文档编号】G01C25/00GK104501833SQ201410746311
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】魏宗康, 黄超, 刘璠 申请人:北京航天控制仪器研究所