一种陀螺仪误差标定的方法技术

本发明专利技术属于惯性导航技术领域，具体涉及一种利用系统测量组件相对惯性空间匀速转动时的输出值，快速标定出陀螺仪的所有误差参数值的陀螺仪误差标定的方法。本发明专利技术包括：将捷联惯导系统安装在转位机构上，转位机构的三根转动轴分别沿载体的右-前-上方向，系统开机预热后进行对准，获得初始捷联姿态矩阵；测量初始时刻IMU坐标系相对惯性坐标系的姿态角，控制转位机构带动IMU按照测量出的姿态角逐次转动，使IMU坐标系与惯性坐标系重合。本发明专利技术可消除系统中高频噪声的影响，且IMU相对惯性坐标系转动使陀螺仪的输出信号增大抗干扰性更强，此外该方法转位次序简单运算简便，可有效提高陀螺仪标定的速度和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种陀螺仪误差标定的方法
本专利技术属于惯性导航
，具体涉及一种利用系统测量组件相对惯性空间匀速转动时的输出值，快速标定出陀螺仪的所有误差参数值的陀螺仪误差标定的方法。
技术介绍
随着光纤陀螺捷联惯性导航系统（StrapdownInertialNavigationSystem,SINS）技术的发展，人们对器件的性能指标精度要求越来越高，与此同时为了降低系统的成本，需要采取有效的系统技术，对器件误差进行标定补偿，从而提高整个光纤陀螺捷联惯导系统精度。标定技术主要是对SINS的惯性敏感元件加速度计和光纤陀螺仪的基本误差模型参数进行确定。根据标定的层次可以分为元件标定和系统标定。元件标定一般在出厂前由厂家在工厂进行，以便确定元件的性能参数。系统标定指从惯导系统精度出发，考虑到由惯性元件构成惯导系统时安装轴向不垂直以及载体运动环境的复杂恶劣性等因素的影响，建立惯性元件的误差数学模型，最后实现误差补偿的过程。通常采用的分立式标定方法都是在地理坐标系下，根据不同位置上惯性测量单元（InertialMeasurementUnit,IMU）的输出值之间的代数运算给出器件误差参数值。这种方法虽然原理上简单，由于地球自传角速度信息在地理坐标系各轴的分量微小，且陀螺仪的各项误差均为小量，使陀螺仪敏感到的角速度信息微弱甚至被噪声覆盖，导致标定的结果不准确，且转位关系复杂运算量较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过控制IMU相对惯性空间旋转，对陀螺仪的输出信号积分给出陀螺仪误差参数值，提高系统标定的速度与精度的快速标定出陀螺仪误差的方法。本专利技术的目的是这样实现的：步骤一：将捷联惯导系统安装在转位机构上，转位机构的三根转动轴分别沿载体的右-前-上方向，系统开机预热后进行对准，获得初始捷联姿态矩阵步骤二：测量初始时刻IMU坐标系相对惯性坐标系的姿态角，控制转位机构带动IMU按照测量出的姿态角逐次转动，使IMU坐标系与惯性坐标系重合；步骤三：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴顺时针以大小为ωie的旋转角速度转动T＝60s，使IMU坐标系与地心惯性系保持相对静止，测量出系统的三个常值陀螺漂移εx、εy和εz：ϵx=1T∫0Tω~isx1sdt]]>ϵy=1T∫0Tω~isy1sdt]]>ϵz=1T∫0Tω~isz1sdt]]>式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值；步骤四：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴以大小为ω-ωie的角速度逆时针转动360度，其中ω＝20°/s，测量出安装误差Axy、安装误差Ayx和标度因数误差δkgz：Axy=-12π∫0Tzω~isx2sdt+ωϵx2π]]>Ayx=12π∫0Tzω~isy2sdt-ωϵy2π]]>δkgz=12π∫0Tzω~isz2sdt-ωϵz2π]]>式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值；Tz＝2π/ω；步骤五：控制IMU绕惯性坐标系的xi轴逆时针迅速转动90度；步骤六：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴以大小为ω-ωie的角速度逆时针转动360度，测量出安装误差Axz、安装误差Azx和标度因数误差δkgy：Axz=12π∫0Tzω~isx3sdt-ωϵx2π]]>δkgy=12π∫0Tzω~isy3sdt-ωϵy2π]]>Azx=-12π∫0Tzω~isz3sdt+ωϵz2π]]>式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值；步骤七：控制IMU绕惯性坐标系的yi轴顺时针迅速转动90度；步骤八：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴以大小为ω-ωie的角速度逆时针转动360度，测量出安装误差Axz、安装误差Azx和标度因数误差δkgy：δkgz=12π∫0Tzω~isx4sdt-ωϵx2π]]>Ayz=-12π∫0Tzω~isy4sdt+ωϵy2π]]>Azy=12π∫0Tzω~isz4sdt-ωϵz2π]]>式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值。本专利技术的有益效果在于：本专利技术设计了一种快速标定出陀螺仪误差的方法，该方法可消除系统中高频噪声的影响，且IMU相对惯性坐标系转动使陀螺仪的输出信号增大抗干扰性更强，此外该方法转位次序简单运算简便，可有效提高陀螺仪标定的速度和精度。附图说明图1是标定算法流程图。图2是标定的转位方案图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述：本专利技术的原理是：一种快速标定出陀螺仪误差的方法是在多位置旋转的基础上，通过控制IMU坐标系与惯性坐标系重合，使IMU坐标系的三根轴有规律的绕惯性坐标系转动，对陀螺仪的输出值周期积分取均值消除系统噪声对标定结果的影响，继而利用陀螺仪在各轴转动时的输出值之间的代数运算快速标定出器件的误差参数。（1）将捷联惯导系统安装在转位机构上，转位机构的三根转动轴分别沿载体的右-前-上方向，系统开机预热后进行对准，获得初始捷联姿态矩阵（2）测量初始时刻IMU坐标系相对惯性坐标系的姿态角，控制转位机构带动IMU按照测量出的姿态角逐次转动，使IMU坐标系与惯性坐标系重合；（3）控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴顺时针以大小为ωie的旋转角速度转动，使IMU坐标系与地心惯性系保持相对静止，此时IMU坐标系相对惯性坐标系的旋转角速度三个陀螺仪的输出值和分别为：ω~isx1sω~isy1sω~isz1s=1+δkgxAxz-Axy-Ayz1+δkgyAyxAzy-Azx1+δkgzω^iss+ϵxϵyϵz---(1)]]>式中，δkgi、Aij和εi（i,j＝x,y,z）分别表示陀螺标度因数误差、安装误差和常值误差。将带入式（1）中得：ω~isx1sω~isy1sω~isz1s=ϵxϵyϵz---(2)]]>为了消除随机噪声的影响，对和周期积分取均值，得到三个常值陀螺漂移εx、εy和εz：ϵx=1T∫0Tω~isx1sdt]]>ϵy=1T∫0Tω~isy1sdt---(3)]]>ϵz=1T∫0Tω~isz1sdt]]>（4）控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴以大小为（ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陀螺仪误差标定的方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一：将捷联惯导系统安装在转位机构上，转位机构的三根转动轴分别沿载体的右‑前‑上方向，系统开机预热后进行对准，获得初始捷联姿态矩阵步骤二：测量初始时刻IMU坐标系相对惯性坐标系的姿态角，控制转位机构带动IMU按照测量出的姿态角逐次转动，使IMU坐标系与惯性坐标系重合；步骤三：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴顺时针以大小为ωie的旋转角速度转动T＝60s，使IMU坐标系与地心惯性系保持相对静止，测量出系统的三个常值陀螺漂移εx、εy和εz：ϵx=1T∫0Tω~isx1sdt]]>ϵy=1T∫0Tω~isy1sdt]]>ϵz=1T∫0Tω~isz1sdt]]>式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值；步骤四：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴以大小为ω‑ωie的角速度逆时针转动360度，其中ω＝20°/s，测量出安装误差Axy、安装误差Ayx和标度因数误差δkgz：Axy=-12π∫0Tzω~isx2sdt+ωϵx2π]]>Ayx=12π∫0Tzω~isy2sdt-ωϵy2π]]>δkgz=12π∫0Tzω~isz2sdt-ωϵz2π]]>式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值；Tz＝2π/ω；步骤五：控制IMU绕惯性坐标系的xi轴逆时针迅速转动90度；步骤六：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴以大小为ω‑ωie的角速度逆时针转动360度，测量出安装误差Axz、安装误差Azx和标度因数误差δkgy：Axz=12π∫0Tzω~isx3sdt-ωϵx2π]]>δkgy=12π∫0Tzω~isy3sdt-ωϵy2π]]>Azx=-12π∫0Tzω~isz3sdt+ωϵz2π]]>式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值；步骤七：控制IMU绕惯性坐标系的yi轴顺时针迅速转动90度；步骤八：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴以大小为ω‑ωie的角速度逆时针转动360度，测量出安装误差Axz、安装误差Azx和标度因数误差δkgy：δkgz=12π∫0Tzω~isx4sdt-ωϵx2π]]>Ayz=-12π∫0Tzω~isy4sdt+ωϵy2π]]>Azy=12π∫0Tzω~isz4sdt-ωϵz2π]]>式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值。...

【技术特征摘要】
1.一种陀螺仪误差标定的方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一：将捷联惯导系统安装在转位机构上，转位机构的三根转动轴分别沿载体的右-前-上方向，系统开机预热后进行对准，获得初始捷联姿态矩阵步骤二：测量初始时刻IMU坐标系相对惯性坐标系的姿态角，控制转位机构带动IMU按照测量出的姿态角逐次转动，使IMU坐标系与惯性坐标系重合；步骤三：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴顺时针以大小为ωie的旋转角速度转动T＝60s，使IMU坐标系与地心惯性系保持相对静止，测量出系统的三个常值陀螺漂移εx、εy和εz：式中，分别为三个陀螺仪的实时输出值；步骤四：控制转位机构绕IMU坐标系的zs轴以大小为ω-ωie的角速度逆时针转动360度，其中测量出安装误差Axy、安装误差Ayx和标度因数误差δkgz：

【专利技术属性】
技术研发人员：于飞，阮双双，奔粤阳，赵维珩，杨晓龙，李敬春，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23