一种惯性稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及惯性稳定平台系统标定技术，尤其涉及一种惯性稳定平台系统加速度 计组合误差标定和补偿方法，可用于实现高精度惯性测量系统自标定。
【背景技术】
[0002] 加速度计是惯性稳定平台系统的基本测量元件之一，由它构成的加速度计组合安 装在平台台体上，用于测量运载体的运动加速度，并通过对加速度的积分，求得其速度和位 置。因此，加速度计的性能和精度直接影响导航和制导系统的精度。
[0003] 当安装在运载体内部时，加速度计的输出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，则输出值为地球重力的负数，所以可以用地球重力场来 标定加速度计。
[0004] 惯性稳定平台系统相对于惯性捷联系统的优点是可以实现自标定功能。捷联系统 是将陀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，由于没有转动 机构实现多位置功能，因此，必须把其安装于多位置测试转台上实现误差系数的分离。而惯 性稳定平台系统可以充分利用其多框架结构优势，在不同框架角下可实现多位置功能。
[0005]由于目前平台系统的框架角精度与高精度加速度计构成的调平系统有较大差距， 因此，在实际应用中可采用两个调平系统实现平台台体对当地水平面的模拟。调平系统的 敏感环节为加速度计，但由于加速度计存在逐次通电的重复性问题，因此，需要在每次通电 时对平台系统X、Y、Z轴的加速度计组合进行误差标定并补偿。
[0006] 由于目前的误差模型只考虑到加速度计零偏和标度因数两项误差，引起根据该次 通电条件下误差系数补偿后的多位置拟合残差较大。因此，为提高标定系数的精度，需要完 善惯性稳定平台系统加速度计组合的误差模型和测试方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种惯性稳定平台系统加速 度计组合误差标定和补偿方法，该方法建立了包含多种误差系数的误差数学模型，基于该 模型实现对惯性稳定平台系统加速度计的所有误差项系数的标定，提高了平台系统的使用 精度。
[0008] 本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
[0009] -种惯性稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法，包括以下步骤：
[0010] (1)、在静基座条件下，将惯性稳定平台系统的平台台体分别静置在六个相正交的 位置，使得稳定平台系统在六个位置上的X、Y、Z轴向视加速度分量的取值分别为：
[0011]弟组取值：ax= 0、ay= l、az= 0;弟二组取值：ax= l、ay= 0、az= 0;
[0012]弟二组取值：ax= 0、ay= _l、az= 0;弟四组取值：ax= _l、ay= 0、az= 0;
[0013]弟五组取值：ax= 0、ay= 0、az= _1;弟/、组取值：ax= 0、ay= 0、az= 1;
[0014] 其中，ax、ay、az分别为惯性稳定平台系统在X、Y、Z轴向视加速度分量；
[0015] (2)、在步骤（1)确定的每个位置上采集惯性稳定平台系统的X、Y、Z轴加速度计的 输出数据，并分别对所述输出数据求取平均值，得到X轴加速度测量值Αχ、Υ轴加速度测量 值Ay、Z轴加速度测量值Αζ;
[0016](3)、将步骤⑴中六个位置上的视加速度分量取值，以及步骤⑵中测量得到的 六个位置上的加速度测量值，代入到设定的惯性稳定平台系统加速度计组合误差数学模型 中，计算得到所述数学模型中的误差系数；
[0017] 所述误差模型数学模型如下： 「00181
[0019] 其中，所述误差系数包括：Χ、Υ、Ζ轴的标度因数Kax、Kay、Kaz;X、Υ、Ζ轴的零值偏差 Κ^Κ^Κ^Υ轴相对于X轴的安装误差角Exy;Z轴相对于X轴的安装误差角Exz;X轴相对于 Y轴的安装误差角Eyx;Z轴相对于Y轴的安装误差角Eyz;X轴相对于Z轴的安装误差角Ezx; Y轴相对于Z轴的安装误差角Ezy;X、Y、Z轴的标度因数不对称性相对误差δK'ax、δK' ay、 δΚ'az；
[0020] (4)、将步骤（3)计算得到的误差系数反馈到惯性稳定平台系统加速度计组合误 差补偿模型中，对各加速度计的测量数据进行补偿计算，得到惯性稳定平台系统在X、Y、Z 轴向视加速度分莖ax、ay、az。
[0021] 上述的惯性稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法，在步骤（4)中，惯 性稳定平台系统加速度计组合误差补偿模型如下：
[0022]
[0023] 上述的惯性稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法，在步骤（3)中，将 视加速度分量值和加速度测量值，代入到惯性稳定平台系统加速度计组合误差数学模型 中，得到18个方程；采用最小二乘法对所述18个方程进行求解，计算得到各误差系数的取 值，求解结果如下：
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0039] 上述的惯性稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法，在步骤（1)中，将 惯性稳定平台系统的平台台体分别静置在六个正交的位置，所述六个正交的位置具体选取 为：
[0040] 第一个位置：将惯性稳定平台系统X、Z轴加速度计处于测试点地理坐标系的水平 面内，Y轴加速度计指向天向；
[0041] 第二个位置：将惯性稳定平台系统Y、Z轴加速度计处于测试点地理坐标系的水平 面内，X轴加速度计指向天向；
[0042] 第三个位置：将惯性稳定平台系统X、Z轴加速度计处于测试点地理坐标系的水平 面内，Y轴加速度计指向地方向；
[0043] 第四个位置：将惯性稳定平台系统Y、Z轴加速度计处于测试点地理坐标系的水平 面内，X轴加速度计指向地方向；
[0044] 第五个位置：将惯性稳定平台系统X、Y轴加速度计处于测试点地理坐标系的水平 面内，Z轴加速度计指向地方向；
[0045] 第六个位置：将惯性稳定平台系统X、Y轴加速度计处于测试点地理坐标系的水平 面内，Z轴加速度计指向天向。
[0046] 上述的惯性稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法，在每个位置上，采 用调平回路使得惯性稳定平台系统在水平方向的加速度分量取值为0。
[0047] 本发明与现有技术相比的优点如下：
[0048] (1)、本发明建立了包括15个误差系数的惯性稳定平台系统加速度计组合误差模 型，具体包括标度因数、零值偏差、安装误差角和标度因数不对称性相对误差，而现有的标 定方法只能标定惯性稳定平台系统加速度计误差模型中视加速度的零偏和标度因数，因此 采用本发明建立的误差数学模型可以得到更高的标定精度；
[0049] (2)、本发明在静基座条件下将惯性稳定平台系统的平台台体分别静置在六个相 正交的位置，得到六组视加速度值和加速度测量值，将该六组值代入误差数学模型中，求解 得到15个误差系数；在以上求解过程中没有改变测试位置，相对于现有标定测试方法，可 以有效提尚标定结果和精度和可靠性。
【附图说明】
[0050] 图1为本发明的惯性稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法流程图；
[0051] 图2a为本发明六个正交标定位置中第一个位置示意图；
[0052] 图2b为本发明六个正交标定位置中第二个位置示意图；
[0053] 图2c为本发明六个正交标定位置中第三个位置示意图；
[0054] 图2d为本发明六个正交标定位置中第四个位置示意图；
[0055] 图2e为本发明六个正交标定位置中第五个位置示意图；
[0056] 图2f为本发明六个正交标定位置中第六个位置示意图；
[0057] 图3为本发明采用的调平回路的系统响应图；
[0058] 图4a为本发明采用的调平回路的开环伯德图：幅度响应曲线；
[0059] 图4b为本发明采用的调平回路的开环伯德图：相位响应曲线；
[0060] 图5为本发明采用的调平回路的单位阶跃响应曲线；
[0061] 图6为实施例中得到的误差补偿效果示意图。
【具体实施方式】
[0062] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
[0063] 在惯性稳定平台系统应用中，需要在得到惯性稳定平台系统加速度计组合输出数 据后，进行误差补偿才能得到平台系统所在运载体的真实飞行视加速度。本发明提供的惯 性稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法，用于对误差模型中的系数进行标定和 补偿，从而获得高精度的加速度测量值。
[0064] 在本发明中，为了得到更高的标定精度，提出了一种新的惯性稳定平台系统加速 度计组合误差数学模型，该模型共考虑了 15个误差系数，具体模型如下：
[0065]
[0066] 在该误差数学模型中，待标定的误差系数包括：X、Y、Z轴的标度因数Kax、Kay、Kaz; X、Y、Z轴的零值偏差K&、1^、Κ^Υ轴相对于X轴的安装误差角Exy;Z轴相对于X轴的安装 误差角Exz;X轴相对于Y轴的安装误差角Eyx;Z轴相对于Y轴的安装误差角Eyz;X轴相对于Z轴的安装误差角EZX;Y轴相对于Z轴的安装误差角Ezy;X、Y、Z轴的标度因数不对称性相 对误差SK'ax、SK'ay、δΚ'3Ζ。
[0067] 基于以上的误差模型，本发明对惯性稳定平台系统加速度计组合误差的补偿模型 如下：
[0068]
[0069] 如图1所示的方法流程图，在以上的误差标定和补偿模型基础上，本发明的惯性 稳定平台系统加速度计组合误差标定和补偿方法包括以下步骤：
[0070] (1)、在静基座条件下，将惯性稳定平台系统的平台台体分别静置在六个不同的位 置，使得惯性稳定平台系统在X、Υ、Ζ轴向视加速度分量的取值分别为：
[0071 ]弟组取值：ax= 0、ay=l、az= 0 ;弟二组取值：ax=l、ay= 0、az= 0 ;
[0072] 弟二组取值：ax= 0、ay= _l、az= 0 ;弟四组取值：ax= _l、ay= 0、az= 0 ;
[0073] 第五组取值：ax= 0、ay= 0、az= -