一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法技术

一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，通过建立基准数学模型，将双轴旋转机构进行转动，得到安装于转台上的惯性测量系统输出值。在惯性测量系统的误差方程中将初始俯仰和滚转角误差作为变量，对其进行估计，得到精确的俯仰和滚转角。传统的实验室标定方法中，若转台位置发生改变，或将转台转移到外场进行测试时，需要重新采用计量等方法进行转台的标校，费时费力，不利于机动情况下的快速标定。本发明专利技术通过建立数学精确基准来确保惯性测量系统误差分离的有效性，使水平基准精度指标满足使用要求。在基准不确定情况下也能标定加速度计组合误差系数，提高外场标定效率，并提高标定系数的精度，准确标定出加速度计组合误差系数。

【技术实现步骤摘要】
一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法
本专利技术涉及一种误差系数标定方法，尤其涉及一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，属于捷联惯性组合标定技术，可用于标定捷联惯性组合中加速度计组合的场合。
技术介绍
加速度计是惯性导航和惯性制导系统的基本测量元件之一，它安装在运载体内部，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。当安装在运载体内部时，加速度计的测量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，则测量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。捷联惯性组合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。在捷联惯性组合中，加速度计测得的信号是运载体相对于惯性空间的视加速度在该加速度计敏感轴方向上的分量。为了完全测量运载体在空间中的运动视加速度，捷联惯性组合中装有三个敏感轴互相垂直的加速度计，其敏感轴方向指向捷联惯性组合定义的X轴、Y轴、Z轴正方向。在高精度测量中，加速度计的输出为脉冲数，脉冲数输出频率可以按照以下公式与捷联惯性组合敏感到的视加速度建立关系，即捷联惯性组合加速度计组合误差模型。在上式中，AX(f)、AY(f)、AZ(f)分别为捷联惯性组合中X轴、Y轴、Z轴输出的脉冲频率(单位：Pulse/s)；kax、kay、kaz分别为X轴、Y轴、Z轴的标度因数(单位：Pulse/s/g0)；k0x、k0y、k0z分别为X轴、Y轴、Z轴的零值偏差(单位：g0)；kxy、kxz、kyx、kyz、kzx、kzy分别为Y轴相对于X轴的安装误差角、Z轴相对于X轴的安装误差角、X轴相对于Y轴的安装误差角、Z轴相对于Y轴的安装误差角、X轴相对于Z轴的安装误差角、Y轴相对于Z轴的安装误差角(单位：rad)；δKax、δKay、δKaz分别为X轴、Y轴、Z轴的标度因数不对称性相对误差；abX、abY、abZ分别为捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴向视加速度分量(单位：g0)；g0为测试地点地球重力加速度。一般标定方法进行标定时使用的转台需要有精确的水平基准及方位基准，其中，水平基准精度±2″,方位基准精度±20″。在实验室中，若转台位置发生改变，或将转台转移到外场进行测试，需要采用计量等方法进行转台的标定，费时费力。这种标定方法只有在得到精确的水平基准和方位基准才能标定出加速度计的误差系数，限制了标定条件，不利于机动情况下的快速标定。因此，为了能在基准不确定情况下也能将加速度计组合误差系数进行标定，提高外场标定效率，并提高标定系数的精度，需要研究一种新型的捷联惯性组合加速度计组合误差标定方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，实现了对捷联惯性组合加速度计组合在基准不确定情况下误差系数的标定，降低了对基准精度的要求。本专利技术的技术解决方案是：一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，步骤如下：(1)将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上，调节双轴旋转机构的内框架旋转角度和外框架旋转角度，使得捷联惯性组合静置于16个不同的位置；(2)在步骤(1)中确定的位置i，采集捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度计经过Δt秒输出的脉冲数Nax(i)、Nay(i)和Naz(i)，并记录该位置双轴旋转机构内框架旋转角度α(i)和外框架旋转角β(i)，计算X轴、Y轴、Z轴加速度计的脉冲数输出频率Ax(i)、Ay(i)和Az(i)，其中i∈[1,16]，Δt∈[60,90]；(3)结合预先多次测量取均值得到的加速度计组合的零次项、标度因数、安装误差角和标度因数不对称项误差，利用步骤(2)中得到的16个位置加速度计组合的脉冲数输出频率，计算各位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度abX′(i)、abY′(i)、abZ′(i)；(4)利用步骤(3)第一个位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，计算得到捷联惯性组合在第一个位置的初始俯仰角θ0和初始滚转角γ0；(5)根据步骤(2)中16个位置双轴旋转机构内框架旋转角度α(i)和外框架旋转角β(i)，步骤(3)中加速度计组合经过补偿后得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，以及第一个位置的初始俯仰角θ0和初始滚转角γ0，计算捷联惯性组合加速度计组合误差模型中的误差系数偏差，包括标度因数偏差、零次项偏差、安装误差角偏差、标度因数不对称项误差偏差、初始俯仰角误差、滚转角误差；(6)将第一个位置的初始俯仰角θ0更新为第一个位置的初始俯仰角θ0与步骤(5)中求得的初始俯仰角误差之和，并将第一个位置的初始滚转角γ0更新为第一个位置的初始滚转角γ0与步骤(5)中求得的初始滚转角误差之和，重复执行步骤(5)～步骤(6)N次，得到双轴旋转机构在第一个位置与地理坐标系间的夹角θ和γ，同时得到捷联惯性组合加速度计组合误差模型中的误差系数偏差；(7)将通过步骤(6)得到的误差系数偏差与已知的加速度计组合的零次项、标度因数、安装误差角、标度因数不对称项误差对应求和，得到加速度计组合的误差系数精确值，实现基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定。所述步骤(1)中将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上，调节双轴旋转机构的内框架旋转角度和外框架旋转角度，使得捷联惯性组合静置于16个不同的位置，具体为：位置1：调节旋转机构使捷联惯性组合静止于任意一个位置，记录此时的内框架旋转角α(1)和外框架旋转角β(1)；位置2：调节旋转机构使内框架旋转角度α(2)＝α(1)+90°，外框架旋转角度β(2)＝β(1)；位置3：调节旋转机构使内框架旋转角度α(3)＝α(1)+180°，外框架旋转角度β(3)＝β(1)；位置4：调节旋转机构使内框架旋转角度α(4)＝α(1)+270°，外框架旋转角度β(4)＝β(1)；位置5：调节旋转机构使内框架旋转角度α(5)＝α(1)，外框架旋转角度β(5)＝β(1)+180°；位置6：调节旋转机构使内框架旋转角度α(6)＝α(1)+90°，外框架旋转角度β(6)＝β(1)+180°；位置7：调节旋转机构使内框架旋转角度α(7)＝α(1)+180°，外框架旋转角度β(7)＝β(1)+180°；位置8：调节旋转机构使内框架旋转角度α(8)＝α(1)+270°，外框架旋转角度β(8)＝β(1)+180°；位置9：调节旋转机构使内框架旋转角度α(9)＝α(1)+90°，外框架旋转角度β(9)＝β(1)+90°；位置10：调节旋转机构使内框架旋转角度α(10)＝α(1)+270°，外框架旋转角度β(10)＝β(1)+90°；位置11：调节旋转机构使内框架旋转角度α(11)＝α(1)，外框架旋转角度β(11)＝β(1)+90°；位置12：调节旋转机构使内框架旋转角度α(12)＝α(1)+180°，外框架旋转角度β(12)＝β(1)+90°；位置13：调节旋转机构使内框架旋转角度α(13)＝α(1)+270°，外框架旋转角度β(13)＝β(1)+270°；位置14：调节旋转机构使内框架旋转角度α本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其特征在于步骤如下：(1)将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上，调节双轴旋转机构的内框架旋转角度和外框架旋转角度，使得捷联惯性组合静置于16个不同的位置；(2)在步骤(1)中确定的位置i，采集捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度计经过Δt秒输出的脉冲数Nax(i)、Nay(i)和Naz(i)，并记录该位置双轴旋转机构内框架α(i)和外框架旋转角β(i)，计算X轴、Y轴、Z轴加速度计的脉冲数输出频率Ax(i)、Ay(i)和Az(i)，其中i∈[1,16]，Δt∈[60,90]；(3)结合预先多次测量取均值得到的加速度计组合的零次项、标度因数、安装误差角和标度因数不对称项误差，利用步骤(2)中得到的16个位置加速度计组合的脉冲数输出频率，计算各位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度abX′(i)、abY′(i)、abZ′(i)；(4)利用步骤(3)第一个位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，计算得到捷联惯性组合在第一个位置的初始俯仰角θ0和初始滚转角γ0；(5)根据步骤(2)中16个位置双轴旋转机构内框架α(i)和外框架旋转角β(i)，步骤(3)中加速度计组合经过补偿后得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，以及第一个位置的初始俯仰角θ0和初始滚转角γ0，计算捷联惯性组合加速度计组合误差模型中的误差系数偏差，包括标度因数偏差、零次项偏差、安装误差角偏差、标度因数不对称项误差偏差、初始俯仰角误差、滚转角误差；(6)将第一个位置的初始俯仰角θ0更新为第一个位置的初始俯仰角θ0与步骤(5)中求得的初始俯仰角误差之和，并将第一个位置的初始滚转角γ0更新为第一个位置的初始滚转角γ0与步骤(5)中求得的初始滚转角误差之和，重复执行步骤(5)～步骤(6)N次，得到双轴旋转机构在第一个位置与地理坐标系间的夹角θ和γ，同时得到捷联惯性组合加速度计组合误差模型中的误差系数偏差；(7)将通过步骤(6)得到的误差系数偏差与已知的加速度计组合的零次项、标度因数、安装误差角、标度因数不对称项误差对应求和，得到加速度计组合的误差系数精确值，实现基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定。...

【技术特征摘要】
1.一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其特征在于步骤如下：(1)将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上，调节双轴旋转机构的内框架旋转角度和外框架旋转角度，使得捷联惯性组合静置于16个不同的位置；(2)在步骤(1)中确定的位置i，采集捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度计经过Δt秒输出的脉冲数Nax(i)、Nay(i)和Naz(i)，并记录该位置双轴旋转机构内框架旋转角度α(i)和外框架旋转角β(i)，计算X轴、Y轴、Z轴加速度计的脉冲数输出频率Ax(i)、Ay(i)和Az(i)，其中i∈[1,16]，Δt∈[60,90]；(3)结合预先多次测量取均值得到的加速度计组合的零次项、标度因数、安装误差角和标度因数不对称项误差，利用步骤(2)中得到的16个位置加速度计组合的脉冲数输出频率，计算各位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度abX′(i)、abY′(i)、abZ′(i)；(4)利用步骤(3)第一个位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，计算得到捷联惯性组合在第一个位置的初始俯仰角θ0和初始滚转角γ0；(5)根据步骤(2)中16个位置双轴旋转机构内框架旋转角度α(i)和外框架旋转角β(i)，步骤(3)中加速度计组合经过补偿后得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，以及第一个位置的初始俯仰角θ0和初始滚转角γ0，计算捷联惯性组合加速度计组合误差模型中的误差系数偏差，包括标度因数偏差、零次项偏差、安装误差角偏差、标度因数不对称项误差偏差、初始俯仰角误差、滚转角误差；(6)将第一个位置的初始俯仰角θ0更新为第一个位置的初始俯仰角θ0与步骤(5)中求得的初始俯仰角误差之和，并将第一个位置的初始滚转角γ0更新为第一个位置的初始滚转角γ0与步骤(5)中求得的初始滚转角误差之和，重复执行步骤(5)～步骤(6)N次，得到双轴旋转机构在第一个位置与地理坐标系间的夹角θ和γ，同时得到捷联惯性组合加速度计组合误差模型中的误差系数偏差；(7)将通过步骤(6)得到的误差系数偏差与已知的加速度计组合的零次项、标度因数、安装误差角、标度因数不对称项误差对应求和，得到加速度计组合的误差系数精确值，实现基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定。2.根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其特征在于：所述步骤(1)中将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上，调节双轴旋转机构的内框架旋转角度和外框架旋转角度，使得捷联惯性组合静置于16个不同的位置，具体为：位置1：调节旋转机构使捷联惯性组合静止于任意一个位置，记录此时的内框架旋转角α(1)和外框架旋转角β(1)；位置2：调节旋转机构使内框架旋转角度α(2)＝α(1)+90°，外框架旋转角度β(2)＝β(1)；位置3：调节旋转机构使内框架旋转角度α(3)＝α(1)+180°，外框架旋转角度β(3)＝β(1)；位置4：调节旋转机构使内框架旋转角度α(4)＝α(1)+270°，外框架旋转角度β(4)＝β(1)；位置5：调节旋转机构使内框架旋转角度α(5)＝α(1)，外框架旋转角度β(5)＝β(1)+180°；位置6：调节旋转机构使内框架旋转角度α(6)＝α(1)+90°，外框架旋转角度β(6)＝β(1)+180°；位置7：调节旋转机构使内框架旋转角度α(7)＝α(1)+180°，外框架旋转角度β(7)＝β(1)+180°；位置8：调节旋转机构使内框架旋转角度α(8)＝α(1)+270°，外框架旋转角度β(8)＝β(1)+180°；位置9：调节旋转机构使内框架旋转角度α(9)＝α(1)+90°，外框架旋转角度β(9)＝β(1)+90°；位置10：调节旋转机构使内框架旋转角度α(10)＝α(1)+270°，外框架旋转角度β(10)＝β(1)+90°；位置11：调节旋转机构使内框架旋转角度α(11)＝α(1)，外框架旋转角度β(11)＝β(1)+90°；位置12：调节旋转机构使内框架旋转角度α(12)＝α(1)+180°，外框架旋转角度β(12)＝β(1)+90°；位置13：调节旋转机构使内框架旋转角度α(13)＝α(1)+270°，外框架旋转角度β(13)＝β(1)+270°；位置14：调节旋转机构使内框架旋转角度α(14)＝α(1)+90°，外框架旋转角度β(14)＝β(1)+270°；位置15：调节旋转机构使内框架旋转角度α(15)＝α(1)+180°，外框架旋转角度β(15)＝β(1)+270°；位置16：调节旋转机构使内框架旋转角度α(16)＝α(1)，外框架旋转角度β(16)＝β(1)+270°。3.根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其特征在于：所述步骤(2)中第i个位置脉冲数输出频率由公式给出。4.根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其特征在于：所述步骤(3)中各位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度abX′(i)、abY′(i)、abZ′(i)，具体由公式：给出，其中，为预先多次测量取均值得到的加速度计组合的标度因数不对称项误差；为预先多次测量取均值得到的加速度计组合安装误差角；为预先多次测量取均值得到的加速度计组合的零次项；为预先多次测量取均值得到的加速度计组合标度因数。5.根据权利要求1所述的一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法，其特征在于：所述步骤(4)中捷联惯性组合在第一个位置的初始俯仰角θ0和初始滚转角γ0；具体由公式：给出，其中abX′(1)、abY′(1)和abZ′(1)分别为第一个位置经补偿得到的捷联惯性组合X轴、Y轴、Z轴加速度，g0为测试地点地球重力...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宗康，黄超，刘璠，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11