利用光纤陀螺减小旋转加速度计重力梯度仪测量误差的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及旋转加速度计重力梯度仪领域，尤其是一种利用光纤陀螺补偿光栅角编码器偏心误差以减小旋转加速度计重力梯度仪的测量误差的方法。
【背景技术】
[0002]重力梯度是重力信息测量中的重要部分。但是其信号非常微弱，极易受到运动噪声干扰，旋转加速度计重力梯度仪对旋转控制误差十分敏感，提高重力梯度敏感器旋转机构的转动平稳性、结构刚度和安装精度是保证旋转加速度计重力梯度仪测量精度的重要措施。旋转控制误差在很大程度上受到角位置测量传感器精度的制约，其中光栅角编码器的安装误差是不可忽视的因素。尽管可以采用光学测量方法对安装误差进行测量，并通过补偿来减小这一误差，但这种方法的测试系统复杂，光学对准操作繁琐，且观测角度范围受到结构形式和多面棱镜的限制，只能提取少数几个特征角度，补偿精度和补偿可靠性不高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种可以测量光栅角编码器安装误差并补偿的方法。这种方法能够全角度测量和补偿光栅角编码器的安装误差，从而减小光栅角编码器安装误差对旋转加速度计重力梯度仪测量精度的影响。
[0004]本发明的目的是通过以下技术手段实现的:
[0005]—种利用光纤陀螺减小旋转加速度计重力梯度仪测量误差的方法，其特征在于:包括以下步骤:
[0006]⑴.将光纤陀螺安装在旋转加速度计重力梯度仪的单轴旋转装置的旋转轴上，保证光纤陀螺的敏感轴与旋转加速度计重力梯度仪中的光栅角编码器的转轴轴线平行；
[0007](2).旋转加速度计重力梯度仪工作时，外部旋转控制器输出模拟信号控制直流力矩电机旋转定位，位置信号通过光栅角编码器测量反馈给外部旋转控制器，光纤陀螺与旋转台体固联，测量旋转台体的旋转速率，检测光栅角编码器输出角位置的均匀性；光纤陀螺测量出光栅角编码器的误差曲线与正弦曲线趋势相一致，说明光栅角编码器的误差主要为安装偏心误差；
[0008]⑶.将光纤陀螺所测得的角速率数据积分并补偿光栅角编码器的安装偏心导致的角位置误差，进而降低对梯度测量精度的不利影响。
[0009]而且，所述的旋转加速度计重力梯度仪由加速度计、单轴旋转装置和旋转控制系统构成，在单轴旋转装置的旋转轴上安装导电环、光栅角编码器、直流力矩电机和旋转台体，四个加速度计等距离安装在旋转台体上，加速度计的敏感轴与圆周相切，成对加速度计反向安置，两对加速度计垂直安装，光栅角编码器、直流力矩电机和外部旋转控制器构成旋转控制系统。
[0010]而且，所述的光纤陀螺精度优于0.01° /h，比例因子稳定性优于lOppm。
[0011]本发明的优点和积极效果是:
[0012]1、本方法是一种将光纤陀螺作为校正光栅角编码器的测量元件的方法，光纤陀螺是一种成熟的、精密的惯性测量元件，利用它进行安装误差检测，具有低速检测分辨率高、性能稳定、输出连续数字信号、对安装无严格要求的特点，故可以将光纤陀螺作为一种角度测量元件对光栅角编码器进行修正补偿，利用光纤陀螺测量转动角速率经积分处理与同步比对即可得光栅角编码器的角位置误差。
[0013]2、本方法将光纤陀螺固定于单轴旋转装置上，使得其敏感轴与光栅角编码器的转轴轴线平行安装，保证光纤陀螺可以敏感到光栅角编码器所响应的角运动，通过对其测量信息处理即可补偿光栅角编码器的安装误差，进而降低对梯度测量精度的不利影响。
[0014]3、本发明是一种设计科学、操作简单、测量角度广泛的利用光纤陀螺补偿光栅角编码器偏心误差以减小旋转加速度计重力梯度仪的测量误差的方法，使用本方法克服了传统光学测量方法的缺陷，减少了光电子准直仪和多面棱镜的安装、调整的繁复过程，减小了对高精度光电自准直仪的依赖，能够降低测量难度、提高测量效率、提高补偿精度和补偿可靠性。
【附图说明】
[0015]图1是旋转加速度计重力梯度仪的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0017]为了清楚说明本方法，首先，先对旋转加速度计重力梯度仪的结构进行简单描述。如图1所示，旋转加速度计重力梯度仪由加速度计2、单轴旋转装置和旋转控制系统构成，在单轴旋转装置的旋转轴7上安装导电环1、光栅角编码器4、直流力矩电机6和旋转台体3，四个加速度计等距离安装在旋转台体上，加速度计的敏感轴与圆周相切，成对加速度计反向安置，两对加速度计垂直安装，光栅角编码器、直流力矩电机和外部旋转控制器构成旋转控制系统。
[0018]—种利用光纤陀螺减小旋转加速度计重力梯度仪的测量误差的方法，包括以下步骤:
[0019]⑴.将光纤陀螺5安装在旋转加速度计重力梯度仪的单轴旋转装置的旋转轴上，保证光纤陀螺敏感轴与旋转加速度计重力梯度仪的光栅角编码器转轴轴线平行安装；
[0020]⑵.旋转加速度计重力梯度仪工作时，外部旋转控制器输出模拟信号控制直流力矩电机旋转定位，位置信号通过光栅角编码器测量反馈给外部旋转控制器，光纤陀螺与旋转台体固联，测量旋转台体的旋转速率，检测光栅角编码器输出角位置的均匀性；光纤陀螺测量出光栅角编码器的误差曲线与正弦曲线趋势相一致，说明光栅角编码器的误差主要为安装偏心误差；
[0021]⑶.将光纤陀螺所测得的角速率数据积分并补偿光栅角编码器的安装偏心导致的角位置误差，进而降低对梯度测量精度的不利影响。
[0022]步骤⑴--⑶中所述的光纤陀螺精度优于0.01° /h，比例因子稳定性优于lOppm。
[0023]光纤陀螺测量得到的是旋转台体相对于惯性空间的转动角速率，其投影分量为旋转台体角速率、地球自转角速率和陀螺自身误差之和，当地地球自转角速率是固定且已知的，远小于旋转台体的角速率90° /S，且陀螺自身漂移误差小于0.01° /h，可以忽略其影响。
【主权项】
1.一种利用光纤陀螺减小旋转加速度计重力梯度仪测量误差的方法，其特征在于:包括以下步骤: (I).将光纤陀螺安装在旋转加速度计重力梯度仪的单轴旋转装置的旋转轴上，保证光纤陀螺的敏感轴与旋转加速度计重力梯度仪中的光栅角编码器的转轴轴线平行； ⑵.旋转加速度计重力梯度仪工作时，外部旋转控制器输出模拟信号控制直流力矩电机旋转定位，位置信号通过光栅角编码器测量反馈给外部旋转控制器，光纤陀螺与旋转台体固联，测量旋转台体的旋转速率，检测光栅角编码器输出角位置的均匀性；光纤陀螺测量出光栅角编码器的误差曲线与正弦曲线趋势相一致，说明光栅角编码器的误差主要为安装偏心误差； ⑶.将光纤陀螺所测得的角速率数据积分并补偿光栅角编码器的安装偏心导致的角位置误差，进而降低对梯度测量精度的不利影响。2.根据权利要求1所述的一种利用光纤陀螺减小旋转加速度计重力梯度仪的测量误差的方法，其特征在于:所述的旋转加速度计重力梯度仪由加速度计、单轴旋转装置和旋转控制系统构成，在单轴旋转装置的旋转轴上安装导电环、光栅角编码器、直流力矩电机和旋转台体，四个加速度计等距离安装在旋转台体上，加速度计的敏感轴与圆周相切，成对加速度计反向安置，两对加速度计垂直安装，光栅角编码器、直流力矩电机和外部旋转控制器构成旋转控制系统。3.根据权利要求1所述的一种利用光纤陀螺减小旋转加速度计重力梯度仪的测量误差的方法，其特征在于:所述的光纤陀螺精度优于0.01° /h,比例因子稳定性优于lOppm。
【专利摘要】本发明涉及一种利用光纤陀螺减小旋转加速度计重力梯度仪测量误差的方法，包括以下步骤：⑴.将光纤陀螺安装在旋转加速度计重力梯度仪的单轴旋转装置的旋转轴上；⑵.旋转加速度计重力梯度仪工作时，检测光栅角编码器输出角位置的均匀性；光纤陀螺的输出类似正弦曲线，说明光栅角编码器的误差主要为偏心误差；⑶.将光纤陀螺所测得的数据积分处理并补偿光栅角编码器的偏心误差，进而降低对梯度测量精度的不利影响。本发明是一种设计科学、操作简单、测量角度广泛的利用光纤陀螺补偿光栅角编码器偏心误差以减小旋转加速度计重力梯度仪的测量误差的方法，使用本方法克服了传统光学测量方法的缺陷，能够降低测量难度、提高测量效率、提高补偿精度。
【IPC分类】G01V7/02
【公开号】CN105044795
【申请号】CN201510287321
【发明人】杨晔, 刘昱, 张宇, 马林, 潘军
【申请人】中国船舶重工集团公司第七0七研究所
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月29日