一种惯性平台系统加速度计安装误差精确标定方法与流程

本发明涉及一种惯性平台系统加速度计安装误差精确标定方法。

背景技术：

惯性导航技术主要通过敏感载体加速度和姿态信息确定载体的运动参数，实现对载体的导航、制导、定位定向和控制等功能。相对于其他导航技术，以惯性技术为核心的惯导系统是唯一可以实时、连续、自主地提供所需全部导航信息的系统，并具有全天候、无法被干扰、隐蔽和不受时间、地域、环境限制等特点，是载体运动参数的核心信息源和基准信息源，是国防科技的核心支撑技术。

惯导系统分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类，加速度计是惯导系统两大核心惯性测量传感器之一，用于感测运载体的线运动信息。惯性平台系统中，加速度计安装于平台台体，若加速度计安装相对平台台体有偏差，会造成平台台体加速度测量信息不准，影响到惯性平台系统导航性能。惯性平台系统加速度计安装误差补偿可以有效提高系统加速度测量精度、框架安装误差补偿精度、对准精度、导航精度。

以往导弹武器应用中，对惯性平台射前自标定、自对准快速性要求较高，在有限的时间段内，只能标出加速度计的零次项和一次项，无法获取加速度计的安装误差。

但随着导弹武器系统对惯导系统精度要求越来越高，仅依靠装备工艺无法保证加速度计安装误差满足高精度应用需求。因此，需要对加速度计安装误差进行标定，完善加速度计误差补偿模型，提高加速度计测量精度。空间稳定型惯性平台系统，无法提供准确的水平基准和垂直基准，这给加速度计参数的标定带来了一定的困难。

为了实现在对加速度计安装误差标定，现有技术中提出了一下几种方法：

(1)采用高精度的转台进行多位置翻滚标定，此类方法依赖于高精度的测试设备(三轴转台)，提供水平和垂直基准，在无高精度三轴转台的情况下无法实施；

(2)平台连续翻滚自标定自对准方案[，此类方法以当地重力矢量和地球自转角速度信息为基准，通过框架系统控制台体在1g重力场内连续翻滚，同时完成对平台的标定与对准，能够有效地分离惯性器件安装误差。此类方法一次标定的参数较多，可根据需要构建不同的系统模型，模型的不一致会造成加速度计安装误差的可观测性不同，模型选取不合适甚至可能造成加速度计安装误差不可观测，造成无法辨识出加速度计的安装误差；

(3)平台多位置自标定方案，此类方法同时标出陀螺仪和加速度计误差参数，利用平台框架进行多位置翻转，各位置到位后，放开框架，使平台台体相对惯性空间稳定，此时加速度计输出相对地理系是变化的，若采用加速度计输出与重力加速度解析关系进行参数辨识，会影响加速度计标定精度，若采用系统级的参数辨识方法，计算过程较为复杂。

(4)工艺保证，以往的平台应用中，加速度计安装误差靠安装工艺保证，默认加速度计安装误差为小量，平台自标定自对准时不考虑加速度计安装误差。该方法使得加速度计安装工序复杂。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的问题，本发明提供一种能够在无精确水平基准和垂直基准的条件下进行精确的惯性平台系统加速度计安装误差精确标定方法。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种惯性平台系统加速度计安装误差精确标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

【1】三个加速度计两两正交安装于惯性平台台体上，设计加速度计标定位置编排方案；

所述加速度计标定位置编排方案包括三个加速度计的六种翻转位置状态，分别为：

第一种翻转位置状态：y加速度计向上，x加速度计和z加速度计保持水平，此时对应的惯性平台台体的内框架角、台体框架角以及外框架角均为0°；

第二种翻转位置状态：y加速度计向下，x加速度计和z加速度计保持水平，

此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为270°以及外框架角均为180°；

第三种翻转位置状态：z加速度计向上，x加速度计和y加速度计保持水平，

此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为270°以及外框架角均为270°；

第五种翻转位置状态：x加速度计向下，x加速度计和z加速度计保持水平，此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为180°以及外框架角均为270°；

第六种翻转位置状态：z加速度计向下，x加速度计和z加速度计保持水平，此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为90°以及外框架角均为270°；

第六状态：x加速度计向上，x加速度计和z加速度计保持水平，此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为0°以及外框架角均为270°；

【2】利用加速度计标定位置编排方案完成数据采集，通过加速度计误差模型计算加速度计零位、加速度计标度因数以及加速度计安装误差；

其中，x加速度计的加速度计零位计算公式为：

x加速度计的加速度计标度因数计算公式为：

x加速度计的加速度计安装误差计算公式为：

其中，y加速度计的加速度计零位计算公式为：

y加速度计的加速度计标度因数计算公式为：

y加速度计的加速度计安装误差计算公式为：

其中，z加速度计的加速度计零位计算公式为：

z加速度计的加速度计标度因数计算公式为：

z加速度计的加速度计安装误差计算公式为：

式中：

nax(i)为x加速度计在第i个翻转位置状态下采样周期δt内输出的视加速度脉冲增量，单位：^；i

nay(i)为y加速度计在第i个翻转位置状态下采样周期δt内输出的视加速度脉冲增量，单位：^；

naz(i)为z加速度计在第i个翻转位置状态下采样周期δt内输出的视加速度脉冲增量，单位：^；

k0x、k0y、k0z分别为x加速度计、y加速度计和z加速度计的零位，单位：^/s；

k1x、k1y、k1z——分别为x加速度计、y加速度计和z加速度计的标度因数，单位：^/(g·s)；

kzx、kyx分别为x加速度计相对于y、z轴的安装误差，单位：^/(g·s)；

kzy、kxy分别为y加速度计相对于x、z轴的安装误差，单位：^/(g·s)；

kyz、kxz分别为z加速度计相对于x、y轴的安装误差，单位：^/(g·s)；

【3】利用计算的加速度计安装误差对加速度计输出进行补偿；

【4】对加速度计安装误差补偿效果进行验证；

【4.1】设定判定阈值m，m为常数；

【4.2】安装误差的验证过程为：

a：安装误差kxy的验证过程为：将y轴加速度计调整在水平方向上，将z轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的y加速度计输出一致时，根据两个状态下的y加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kxy准确；否则安装误差kxy需要进一步标定；

b：安装误差kxz的验证过程为：将z轴加速度计调整在水平方向上，将y轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的z加速度计输出一致时，根据两个状态下的z加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kxz准确；否则安装误差kxz需要进一步标定；

c:安装误差kyx的验证过程为：将x轴加速度计调整在水平方向上，将z轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的x加速度计输出一致时，根据两个状态下的x加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kyx准确；否则安装误差kyx需要进一步标定；

d：安装误差kyz的验证过程为：将z轴加速度计调整在水平方向上，将x轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的z加速度计输出一致时，根据两个状态下的z加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kyz准确；否则安装误差kyz需要进一步标定；

e：安装误差kzx的验证过程为：将x轴加速度计调整在水平方向上，将y轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的x加速度计输出一致时，根据两个状态下的x加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kzx准确；否则安装误差kzx需要进一步标定；

f；安装误差kzy的验证过程为：将y轴加速度计调整在水平方向上，将x轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的y加速度计输出一致时，根据两个状态下的y加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kzy准确；否则安装误差kzy需要进一步标定；

【5】若各安装误差满足加速度计指标要求，则获取的安装误差角有效，标定结束；否则重复步骤【2】-【4】。

进一步地，所述步骤【2】中所述加速度计误差模型为；

式中：

ax、ay、az——分别为x、y和z轴轴向视加速度，单位：g。

本发明的优点在于：

本发明采用加速度计安装误差多位置迭代标定方法，实现了空间稳定型惯性平台系统在无精确水平基准和垂直基准的条件下进行精确的加速度计安装误差的标定，提高了平台系统加速度计误差补偿精度。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的方法作进一步的描述：

该方法的具体流程如图1所示：

1、三个加速度计两两正交安装于惯性平台台体上，设计加速度计标定位置编排方案；

加速度计参数标定采用六位置编排方案，具体编排如表1所示。在进行六位置标定前，加速度测量通道应完成模数转换标度因数不对称性、标度因数非线性、温度补偿等前期误差补偿，确保后续加速度计安装误差标定准确。

表1加速度计参数标定位置编排

该表中序号1-6分别三个加速度计的六种翻转位置状态，具体含义是：

第一种翻转位置状态：y加速度计向上，x加速度计和z加速度计保持水平，此时对应的惯性平台台体的内框架角、台体框架角以及外框架角均为0°；

第二种翻转位置状态：y加速度计向下，x加速度计和z加速度计保持水平，

此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为270°以及外框架角均为180°；

第三种翻转位置状态：z加速度计向上，x加速度计和y加速度计保持水平，

此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为270°以及外框架角均为270°；

第五种翻转位置状态：x加速度计向下，x加速度计和z加速度计保持水平，此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为180°以及外框架角均为270°；

第六种翻转位置状态：z加速度计向下，x加速度计和z加速度计保持水平，此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为90°以及外框架角均为270°；

第六状态：x加速度计向上，x加速度计和z加速度计保持水平，

此时对应的惯性平台台体的内框架角为0°、台体框架角为0°以及外框架角均为270°；

2、利用加速度计标定位置编排方案完成数据采集，通过加速度计误差模型计算加速度计零位、加速度计标度因数以及加速度计安装误差；

考虑到加速度计零位、标度因数、安装误差等参数，加速度计误差模型可表示为：

式中：

nax、nay、naz——分别为x、y和z加速度计在采样周期δt内输出的视加速度脉冲增量，单位：^；

ax、ay、az——分别为x、y和z轴轴向视加速度，单位：g；

k0x、k0y、k0z分别为x加速度计、y加速度计和z加速度计的零位，单位：^/s；

k1x、k1y、k1z——分别为x加速度计、y加速度计和z加速度计的标度因数，单位：^/(g·s)；

kzx、kyx分别为x加速度计相对于y、z轴的安装误差，单位：^/(g·s)；

kzy、kxy分别为y加速度计相对于x、z轴的安装误差，单位：^/(g·s)；

kyz、kxz分别为z加速度计相对于x、y轴的安装误差，单位：^/(g·s)；

由步骤1的编排方案以及步骤2的加速度计误差模型，可得：

x加速度计的加速度计零位计算公式为：

x加速度计的加速度计标度因数计算公式为：

x加速度计的加速度计安装误差计算公式为：

y加速度计的加速度计零位计算公式为：

y加速度计的加速度计标度因数计算公式为：

y加速度计的加速度计安装误差计算公式为：

z加速度计的加速度计零位计算公式为：

z加速度计的加速度计标度因数计算公式为：

z加速度计的加速度计安装误差计算公式为：

式中：

nax(i)为x加速度计在第i个翻转位置状态下采样周期δt内输出的视加速度脉冲增量，单位：^；

nay(i)为y加速度计在第i个翻转位置状态下采样周期δt内输出的视加速度脉冲增量，单位：^；

naz(i)为z加速度计在第i个翻转位置状态下采样周期δt内输出的视加速度脉冲增量，单位：^；

3、利用计算的加速度计安装误差对加速度计输出进行补偿；

4、对加速度计安装误差补偿效果进行验证；

4.1、设定判定阈值m，m为常数；

4.2、安装误差的验证过程为：

a：安装误差kxy的验证过程为：将y轴加速度计调整在水平方向上，将z轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的y加速度计输出一致时，根据两个状态下的y加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kxy准确；否则安装误差kxy需要进一步标定；

b：安装误差kxz的验证过程为：将z轴加速度计调整在水平方向上，将y轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的z加速度计输出一致时，根据两个状态下的z加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kxz准确；否则安装误差kxz需要进一步标定；

c:安装误差kyx的验证过程为：将x轴加速度计调整在水平方向上，将z轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的x加速度计输出一致时，根据两个状态下的x加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kyx准确；否则安装误差kyx需要进一步标定；

d：安装误差kyz的验证过程为：将z轴加速度计调整在水平方向上，将x轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的z加速度计输出一致时，根据两个状态下的z加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kyz准确；否则安装误差kyz需要进一步标定；

e：安装误差kzx的验证过程为：将x轴加速度计调整在水平方向上，将y轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的x加速度计输出一致时，根据两个状态下的x加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kzx准确；否则安装误差kzx需要进一步标定；

f；安装误差kzy的验证过程为：将y轴加速度计调整在水平方向上，将x轴加速度计分别向上和放置水平，两个状态下的y加速度计输出一致时，根据两个状态下的y加速度计输出值的差的绝对值s与判定阈值m比较，若s≤m，则可判定安装误差kzy准确；否则安装误差kzy需要进一步标定；

5、若各安装误差满足加速度计指标要求，则获取的安装误差角有效，标定结束；否则重复步骤2至4。

一般情况下，迭代标定2～3次，加速度计安装误差的标定结果即可满足要求。