一种捷联惯导系统减振器变形的测量方法和测量装置与流程

本发明涉及信号采集与处理技术领域，具体涉及一种捷联惯导系统减振器变形的测量方法和测量装置。

背景技术：

现有技术中，双轴激光捷联惯导系统可以利用自身转位机构进行自标定减小系统保障需求，因此被广泛应用于高精度自主定位定向系统中。双轴激光捷联惯导系统主要由惯性测量单元、减振器、水平转位机构、方位转位机构和相关信号处理电路组成。惯性测量单元采用激光陀螺存在测量死区需要采用机抖方式克服，为了隔离惯性测量单元与外部环境振动，需要采用减振器对固定惯性测量单元的(水平转位机构)固定框架进行软隔离。减振器的高低温性能直接决定着惯性测量单元与(水平转位机构)固定框架间的角度稳定性，角度变形直接影响惯导系统的定向和定位精度。因此，对双轴激光捷联惯导系统减振器的变形进行测量具有重要的意义。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种捷联惯导系统减振器变形的测量方法和测量装置，解决无法精确测量减振器受温变形的技术问题。

本发明实施例的捷联惯导系统减振器变形的测量方法，包括：

设定温度变化区间内离散温度节点；

在所述离散温度节点测量惯性测量单元的安装误差角；

比较所述离散温度节点间的所述安装误差角差异量化减振器变形。

本发明一实施例中，所述在所述离散温度节点测量惯性测量单元的安装误差角包括：

分别建立所述惯性测量单元、所述固定框架和客观地理位置的坐标系；

根据固定框架初始姿态形成所述惯性测量单元相对所述客观地理位置的初始姿态；

根据固定框架修正姿态形成所述惯性测量单元相对所述客观地理位置的修正姿态；

对比所述惯性测量单元的所述初始姿态和所述修正姿态差异形成所述安装误差角。

本发明一实施例中，各坐标系间的坐标映射通过姿态转换矩阵实现，所述惯性测量单元和所述固定框架的具体姿态采用姿态矩阵标识。

本发明一实施例中，所述惯性测量单元的初始姿态对客观地理位置的姿态，具体表示如下：

其中，表示惯性测量单元初始姿态b1到固定框架初始姿态g1的姿态转换矩阵，表示固定框架初始姿态g1在客观地理位置坐标系n的姿态矩阵，表示惯性测量单元初始姿态b1在客观地理位置坐标系n的姿态矩阵。

本发明一实施例中，所述惯性测量单元的修正姿态对客观地理位置的姿态，具体表示如下：

其中，表示惯性测量单元修正姿态b2到固定框架修正姿态g2的姿态转换矩阵，表示固定框架修正姿态g2在客观地理位置坐标系n的姿态矩阵，表示惯性测量单元修正姿态b2在客观地理位置坐标系n的姿态矩阵。

本发明一实施例中，所述固定框架初始姿态g1相对固定框架修正姿态g2的转换矩阵如下：

所述惯性测量单元初始姿态b1相对固定框架初始姿态g1的转换矩阵如下：

本发明一实施例中，所述安装误差角如下：

θx和θz即测量减振器在X轴和Z轴方向形成的安装误差角。

本发明一实施例中，所述比较所述离散温度节点间的所述安装误差角差异量化减振器变形包括：

获得较低温度和较高温度的安装误差角；

根据所述较低温度和较高温度的安装误差角差异确定所述减振器X轴和Z轴变形量。

本发明实施例的捷联惯导系统减振器变形的测量，包括：

存储器，用于存储如权利要求1至8任一所述捷联惯导系统减振器变形的测量方法处理过程的程序代码；

处理器，用于执行所述程序代码。

本发明实施例的捷联惯导系统减振器变形的测量，包括：

测量区间设定模块，用于设定温度变化区间内离散温度节点；

安装误差角测量模块，用于在所述离散温度节点测量惯性测量单元的安装误差角；

减振器变形量化模块，用于比较所述离散温度节点间的所述安装误差角差异量化减振器变形。

本发明实施例的捷联惯导系统减振器变形的测量方法和测量装置利用固有的安装误差角在温度变化上的差异反映客观姿态物理量的变化，从而实现对传递介质变形的有效测量。同时形成了利用惯性测量单元变化姿态在不同坐标系中转换形成的安装误差角的有效测量过程，实现了对传递介质变形的可靠量化。

附图说明

图1所示为本发明一实施例捷联惯导系统减振器变形的测量方法的流程示意图。

图2所示为本发明一实施例捷联惯导系统减振器变形的测量方法中安装误差角的测量过程示意图。

图3所示为本发明一实施例捷联惯导系统减振器变形的测量方法中的量化过程示意图。

图4所示为本发明一实施例例捷联惯导系统减振器变形的测量装置的架构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明一实施例捷联惯导系统减振器变形的测量方法如图1所示。在图1中，本实施例包括：

步骤100：设定温度变化区间内离散温度节点。

温度变化区间是指利用转台温箱形成的捷联惯导系统工况温度区间，以保证激光陀螺正常运行。

离散温度节点包括温度变化区间的端值，按确定温度间隔设定的温度节点，温度间隔可以是等距的或单调变化的。

步骤200：在离散温度节点测量惯性测量单元的安装误差角。

惯性测量单元的安装误差角是指惯性测量单元(例如激光陀螺)与(水平转位机构)固定框架间的固有误差角度，固定框架通过减振器连接承载机构。安装误差角至少包括固定框架与惯性测量单元间一个转轴方向的偏差角度。根据捷联惯导系统的固定框架的结构特征，通常包括两个转轴方向的偏差角度，例如在x轴向和z轴向。

步骤300：比较离散温度节点间的安装误差角差异量化减振器变形。

离散温度节点间的安装误差角差异可以是端值的离散温度节点间、连续相邻的离散温度节点间或规律间隔的离散温度节点间的安装误差角差异。

安装误差角变化差异可以量化减振器的变形程度，根据不同的安装误差角差异可以获得极端情况下的减振器变形误差，平滑变化情况下的减振器变形误差或趋势变化情况下的减振器变形误差。

本发明实施例的捷联惯导系统减振器变形的测量方法利用固有的安装误差角在温度变化上的差异反映客观姿态物理量的变化，从而实现对传递介质变形的有效测量。同时形成了利用惯性测量单元变化姿态在不同坐标系中转换形成的安装误差角的有效测量过程，实现了对传递介质变形的可靠量化。

本发明一实施例捷联惯导系统减振器变形的测量方法中安装误差角的测量如图2所示。在图2中，测量安装误差角包括：

步骤210：分别建立惯性测量单元、固定框架和客观地理位置的坐标系。分别形成惯性测量单元和固定框架的测量基准。

本领域技术人员可以理解，客观地理位置、固定框架和惯性测量单元可以分别形成独立的坐标系表征单一系统内的方向和方位等姿态。受双轴激光捷联惯导系统的安装结构连贯性影响，客观地理位置、固定框架和惯性测量单元三者坐标系间存在坐标转换关系。惯性测量单元本体坐标系b、固定框架本体坐标系g和客观地理位置坐标系n之间的坐标映射可以通过姿态转换矩阵实现。转换中的具体姿态可以采用姿态矩阵标识。

步骤220：根据固定框架初始姿态形成惯性测量单元相对客观地理位置的初始姿态。

双轴激光捷联惯组安装在水平测试台上，通过自主寻北，可得惯性测量单元的初始姿态矩阵，即惯性测量单元的初始姿态对客观地理位置的姿态，具体表示如下：

其中，表示惯性测量单元初始姿态b1到固定框架初始姿态g1的姿态转换矩阵，表示固定框架初始姿态g1在客观地理位置坐标系n的姿态矩阵，表示惯性测量单元初始姿态b1在客观地理位置坐标系n的姿态矩阵。

步骤230：根据固定框架修正姿态形成惯性测量单元相对客观地理位置的修正姿态。

在本发明一实施例中，固定框架修正姿态采用固定框架旋转180°获得。在固定框架修正姿态下，惯性测量单元被动形成的修正姿态，惯性测量单元的修正姿态对客观地理位置的姿态，具体表示如下：

其中，表示惯性测量单元修正姿态b2到固定框架修正姿态g2的姿态转换矩阵，表示固定框架修正姿态g2在客观地理位置坐标系n的姿态矩阵，表示惯性测量单元修正姿态b2在客观地理位置坐标系n的姿态矩阵。

步骤240：对比惯性测量单元的初始姿态和修正姿态差异形成安装误差角。

具体的，同一温度节点下的安装误差角推导如下：

由于在短时间内，惯性测量单元与固定框架间的相对角关系不变，可得

已知固定框架转轴的方向为Y轴，可得

即为固定框架初始姿态g1相对固定框架修正姿态g2的转换矩阵。

利用如下线性代数原理运算过程，获得减振器在不同方向形成的安装误差角：

将式(3)带入式(2)可得

将式(1)两边同时减去式两边可得

根据式(4)中转换矩阵和客观地理位置坐标系n中固定框架修正姿态g2的姿态矩阵可得

将式(7)代入式(6)可知

其中，I为单位矩阵。

将式(2)代入式(8)可得

由于惯性测量单元初始姿态b1到初始的固定框架姿态g1间的角度差别均为小变形量，通常小于0.01弧度。因此，可得

即表示惯性测量单元初始姿态b1相对固定框架初始姿态g1的转换矩阵。其中，θx，θy，θz分别是惯性测量单元初始姿态b1相对固定框架初始姿态g1三个方向的角度。

将式(10)代入式(9)可得

其中θy由于与旋转轴平行，不能测量得到。

θx和θz即测量减振器在两个方向形成的安装误差角。

本发明一实施例捷联惯导系统减振器变形的测量方法中量化减振器变形如图3所示。在图3中，量化减振器变形包括：

步骤310：获得较低温度的安装误差角和较高温度的安装误差角。

较低的安装误差角包括X轴和Z轴的安装误差角θxL和θzL，较高的安装误差角包括X轴和Z轴的安装误差角θxH和θzH。

步骤320：根据较低温度的和较高温度的安装误差角差异确定减振器X 轴和Z轴变形量θxF和θzF，表示为：

θxF＝θxH-θxL (13)

θzF＝θzH-θzL (14)

本发明实施例的捷联惯导系统减振器变形的测量方法可以精确测量双轴激光捷联惯导系统减振器的变形量，对系统研制和减振器选用具有重要的指导意义。与此同时，该方案不依赖外部高精度测量设备，利用惯性系统短时间高精度的特点，可以获得高精度的减振器变形量，具有简便快捷、工程实用性强的特点。

本发明一实施例的捷联惯导系统减振器变形的测量装置，包括：

存储器，用于存储上述实施例捷联惯导系统减振器变形的测量方法处理过程的程序代码；

处理器，用于执行上述实施例捷联惯导系统减振器变形的测量方法处理过程的程序代码。

处理器可以采用DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理器、FPGA (Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、MCU(Microcontroller Unit)系统板、SoC(Ssystem on a chip)系统板或包括I/O的PLC(Programmable Logic Controller)最小系统。

本发明实施例的捷联惯导系统减振器变形的测量装置如图4所示。在图 4中，本实施例包括：

测量区间设定模块10，用于设定温度变化区间内设置离散温度节点；

安装误差角测量模块20，用于在离散温度节点测量惯性测量单元安装误差角；

减振器变形量化模块30，用于比较离散温度节点间的安装误差角差异量化减振器变形。

如图4所示，本发明一实施例中，安装误差角测量模块20包括：

坐标设置单元21，用于分别建立惯性测量单元、固定框架和客观地理位置的坐标系；

初始姿态获取单元22，用于根据固定框架初始姿态形成惯性测量单元相对客观地理位置的初始姿态；

修正姿态获取单元23，用于根据固定框架修正姿态形成惯性测量单元相对客观地理位置的修正姿态；

姿态转换单元24，用于对比惯性测量单元的初始姿态和修正姿态差异形成安装误差角。

如图4所示，本发明一实施例中，减振器变形量化模块30包括：

角度获取单元31，用于获得较低温度的安装误差角和较高温度的安装误差角；

量化角度单元32，用于根据较低的和较高的安装误差角差异确定减振器X轴和Z轴变形量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。