一种双轴角速率陀螺耦合误差补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及双轴角速率陀螺耦合误差补偿方法，特别是涉及一种双轴角速率陀螺 耦合误差补偿方法。
【背景技术】
[0002] 双轴角速率陀螺标定是惯性导航与制导的前提，标定结果的优劣将对惯性导航与 制导精度产生直接的影响。双轴角速率陀螺，采用低成本的惯性器件，测量精度不高。本专 利所指的双轴角速率陀螺，其组成包括:Y轴角速率陀螺和Z轴角速率陀螺。该双轴角速率陀 螺中敏感器件为单轴敏感器件，优选低成本单轴敏感器件。利用传统的标定方法对这类敏 感器件进行标定，耗费时间长，增加了陀螺体积，降低了陀螺响应灵敏度，并且起不到良好 的作用，事倍功半。在惯性导航与制导应用中，陀螺由于敏感器件安装难以保证正交性带来 的耦合效应是重要的误差源，对于应用于高速旋转环境下横向和法向角速率测量的双轴角 速率陀螺，误差影响尤为严重。
[0003] 随着智慧感知和导航定位技术的普及，双轴角速率陀螺应用的场合也越来越多， 出货量也会越来越大。而对于这类产品的大批量生产，就必须有一种快速耦合误差建模与 补偿技术，来提高双轴角速率陀螺生产效率。
【发明内容】
[0004] 本发明公开了一种双轴角速率陀螺耦合误差补偿方法，其目的是为了降低非敏感 轴高速旋转给陀螺引入的测量误差，提高陀螺对横向和法向角速率的测量精度。同时能够 快速进行实施，提高双轴角速率陀螺的成品率。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案，包括以下具体实时步骤： 1、一种双轴角速率陀螺耦合误差补偿方法，其特征在于，包括以下具体实时步骤： 第一步，将双轴角速率陀螺固定于双轴精密转台上，确定陀螺的安装基准； 第二步，确定双轴角速率陀螺敏感轴Y轴和Z轴标度因数； 第三步，将双轴角速率陀螺固定于单轴高速转台上，确定陀螺的安装基准； 第四步，确定双轴角速率陀螺绕陀螺非敏感轴高速旋转环境下引入的Y轴和Z轴耦合测 量误差； 第五步，根据耦合误差计算方法，对双轴角速率陀螺Y轴和Z轴敏感器件安装位置分别 进tx微调； 第六步，将双轴角速率陀螺固定于单轴高速转台上，再次确定双轴角速率陀螺绕陀螺 非敏感轴高速旋转环境下引入的Y轴和Z轴耦合测量误差； 第七步，对双轴角速率陀螺灌封，完成双轴角速率陀螺耦合误差补偿。
[0006] 第一步中，所述的确定陀螺的安装基准，是将双轴角速率陀螺通过测试工装固定 于双轴精密转台上，使其测量轴与转台旋转轴平行，即双轴转台的Y轴对应双轴角速率陀螺 的Y轴，双轴转台的Z轴对应双轴角速率陀螺的Z轴;利用双轴转台的控制程序，使转台自动 进行零位对准。
[0007] 第二步中，所述的确定双轴角速率陀螺敏感轴Y轴和Z轴标度因数，使用双轴角速 率陀螺测试系统记录双轴角速率陀螺输出数据，通过双轴转台控制程序，按照如下方式运 动，并在运动过程中，利用双轴角速率陀螺测试系统记录双轴角速率陀螺数据输出： (1) 双轴角速率陀螺上电，等待30s开始记录数据； (2) 控制转台以-150°/s的角速率绕Y轴旋转20s时间； (3) 控制转台以-IOOVs的角速率绕Y轴旋转20s时间； (4) 控制转台以-50°/s的角速率绕Y轴旋转20s时间； (5) 控制转台以50°/s的角速率绕Y轴旋转20s时间； (6) 控制转台以IOOVs的角速率绕Y轴旋转20s时间； (7) 控制转台以150°/s的角速率绕Y轴旋转20s时间； (8) 转台回零； (9) 控制转台以-150°/s的角速率绕Z轴旋转20s时间； (10) 控制转台以-IOOVs的角速率绕Z轴旋转20s时间； (11) 控制转台以_50°/s的角速率绕Z轴旋转20s时间； (12) 控制转台以50°/s的角速率绕Z轴旋转20s时间； (13) 控制转台以IOOVs的角速率绕Z轴旋转20s时间； (14) 控制转台以150 Vs的角速率绕Z轴旋转20s时间； (15) 转台回零； (16) 双轴角速率陀螺断电，读取记录数据； 数据处理过程如下： (1)计算-150°/8、-100°/8、-50°/8、50°/8、100°/8、150°/8情况下￥轴敏感器件输出的 平均值，并将-150°/8、-100°/8、-50°/8、50°/8、100°/8、150°/8记录为〇1、(〇 2、(〇3、(〇4、(〇5、 ω 6，将按-150° /s、-100° /s、-50° /s、50° /s、100° /s、150° /s 绕 Y 轴运动时敏感器件输出依次 记录为ω Υ1、ω γ2、ωΥ3、ω γ4、ω γ5、ω γ6;根据最小二乘法计算得出Y轴标度因数。最小二乘法 处理数据公式如下：
公式(1)中： :Y轴敏感器件标度因数，单位:mV/° /s; η:选择的测试点数量； 6?::第1次旋转条件下，Y轴敏感器件输出，单位:mV; :第i次旋转条件下，控制转台角速率，单位:° /s。
[0008] (2)计算-150° /s、-100° /s、-50° /s、50° /s、100° /s、150° /s情况下Z轴敏感器件输 出的平均值，并将-150°/8、-100°/8、-50°/8、50°/8、100°/8、150°/8记录为〇1、(〇 2、(〇3、 ω4、ω5、ω6;将按-150°/s、-100°/s、-50°/s、50°/s、100°/s、150°/s绕Z轴运动时敏感器件 输出依次记录为 ωζι、ωΖ2、ωΖ3、ωΖ4、ωΖ5、ω Ζ6;根据最小二乘法计算得出Z轴标度因数;最 小二乘法处理数据公式如下：
公式(2)中： Iziff : Z轴敏感器件标度因数，单位:mV/° /s; η:选择的测试点数量； :第i次旋转条件下，Y轴敏感器件输出，单位:mV; 6? :第i次旋转条件下，控制转台角速率，单位:° /s。
[0009] 第三步中，所述的确定陀螺的安装基准，是将双轴角速率陀螺通过测试工装固定 于单轴转台上，使其非测量轴与转台旋转轴平行，即转台的旋转轴对应双轴角速率陀螺的X 轴，X轴垂直于双轴角速率陀螺测量轴Y轴和Z轴所组成的平面，并且与Y轴和Z轴轴向满足右 手坐标系定义。
[0010] 第四步中，所述的确定双轴角速率陀螺绕陀螺非敏感轴高速旋转环境下引入的Y 轴和Z轴耦合测量误差，是使用双轴角速率陀螺测试系统记录双轴角速率陀螺输出数据，通 过单轴高速转台控制程序，按照如下方式运动，并在运动过程中，利用双轴角速率陀螺测试 系统记录双轴角速率陀螺数据输出： (1) 双轴角速率陀螺上电，等待30s开始记录数据； (2) 控制转台以-360°/s的角速率绕旋转轴旋转20s时间； (3) 控制转台以360°/s的角速率绕旋转轴旋转20s时间； (4) 控制转台以-1080°/s的角速率绕旋转轴旋转20s时间； (5) 控制转台以1080Vs的角速率绕旋转轴旋转20s时间； (6) 控制转台以-1800°/s的角速率绕旋转轴旋转20s时间； (7) 控制转台以1800Vs的角速率绕旋转轴旋转20s时间； (8) 转台回零； (9) 双轴角速率陀螺断电，读取记录数据； 数据处理过程如下： (1)计算-360° /s、360° /s、-1080° /s、1080° /s、-1800° /s、1800° /s 情况下Y 轴敏感器件 输出的平均值，并将-360°/8、360°/8、-1080°/8、1080°/8、-1800°/8、1800°/8记录为〇1、 ω2、ω3、ω4、ω5、ω6,将按-360°/8、360°/8、-1080°/8、1080°/8、-1800°/8、1800°/8绕￥轴运 动时敏感器件输出依次记录为《￥1、 ω Υ2、ωγ3、ωΥ4、ωΥ5、ωΥ6;根据以下公式确定γ轴親合测 量误差：
公式(3)中： Iiy: Y轴耦合测量误差； :第i次旋转条件下，Y轴敏感器件输出，单位:mV; ^ :第i次旋转条件下，控制转台角速率，单位:° /s; : Y轴敏感器件标度因数，单位:mV/° /s; (2)计算-360°/8、360°/3、-1080°/8、1080°/8、-1800°/8、1800°/8情况下2轴敏感器件 输出的平均值，并将-360°/8、360°/8、-1080°/8、1080°/8、-1800°/8、1800°/8记录为〇1、 ω2、ω3、ω4、ω5、ω6,将按-360°/8、360°/8、-1080°/8、1080°/8、-1800°/8、1800°/8绕2轴运 动时敏感器件输出依次记录为 ωζι、ωΖ2、ωΖ3、ωΖ4、ωΖ5、ω Ζ6;根据以下公式确定Z轴親合测 量误差：
公式(4)中： Ijz=Z轴耦合测量误差； :第i次旋转条件下，Z轴敏感器件输出，单位:mV; ?:第i次旋转条件下，控制转台角速率，单位:° /s; : Z轴敏感器件标度因数，单位:mV/° /s。
[0011] 第五步中，所述的对双轴角速率陀螺Y轴和Z轴敏感器件安装位置分别进行微调， 根据耦合误差计算公式，计算双轴角速率陀螺Y轴和Z轴敏感器件安装误差角度α γ和αζ:
根据αγ和αζ角度，使用双轴角速率陀螺耦合调试工装调整Y轴和Z轴敏感器件安装角 度，对双轴角速率陀螺Y轴和Z轴敏感器件由于绕非敏感轴旋转引入的耦合测量误差进行物 理补偿，并加以固定。
[0012] 第六步中，所述的再次确定双轴角速率陀螺绕陀螺非敏感轴高速旋转环境下引入 的Y轴和Z轴耦合测量误差，是按照第三步、第四步步骤，再次测试完成补偿后的双轴角速率 陀螺绕陀螺Y轴和Z轴耦合测量误差，验证耦合测量误差补偿效果。
[0013] 第七步中，所述的对双轴角速率陀螺灌封，完成双轴角速率陀螺耦合误差补偿，是 对经过上述六个操作步骤后的双轴角速