一种单轴寻北仪的误差标定方法技术

一种单轴寻北仪的误差标定方法，包括以下步骤：首先驱动转台进行四位置测试，标定出单轴寻北仪仪表系与载体系之间的控制偏角；然后以寻北仪仪表系为标定坐标系，控制转台进行相应的位置和速率测试；最后依据单轴寻北仪的误差模型完成各项误差系数的解算。本发明专利技术解决了单轴寻北仪载体系和仪表系不确定的角度关系问题，采用了简单的单轴寻北仪误差补偿模型及位置速率标定方法，实现了单轴寻北仪的误差标定。本发明专利技术的标定方法耗时少、计算简单，能够快速完成标定测试。

Error calibration method for single axis north finder

A method of error northfinder single axis calibration, comprising the following steps: first, to drive the turntable four position test, calibration of the control angle of North Finder instrument system and load system between the single axis; and then to the north finder system for calibration of instrument coordinate system, control the corresponding position and speed test; according to the error model of northfinder uniaxial complete error coefficient calculation. The invention solves the relationship between uniaxial northfinder load system and meter system uncertain angle, using simple single axis northfinder error compensation model and position rate calibration method, the error of the north finder single axis calibration. The calibration method of the invention has the advantages of less time consumption and simple calculation, and can quickly complete the calibration test.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了一种单轴寻北仪的误差标定方法，适用于利用单一陀螺和单一加速度计进行寻北的场合，属于惯性导航

技术介绍
单轴寻北仪是由单陀螺仪、单加速度计和相应的转动机构装置组成，陀螺仪和加速度计安装于寻北仪本体上，本体两端装有编码器及转动机构，由控制算法控制转动机构驱动本体进行多位置转动，再利用每个位置上的陀螺仪和加速度计的输出数据进行寻北解算。单轴寻北仪是以本体仪表系为基准进行陀螺仪和加速度计数据采样，但对外输出的寻北结果为地理系，其中要经过仪表系、载体系和地理系三种坐标系的转换。传统的寻北仪是通过机械结构方式保证仪表系与载体系之间仅存在安装误差等小量误差，且可以通过传统标定方法获得。而对于没有机械结构限制的单轴寻北仪而言，仪表系和载体系之间只能依靠控制算法来确定两坐标系之间的位置关系。由于结构设计的限制，只能在安装时尽量保证仪表系与载体系之间的小角度，但该角度仍可能在几十度的范围内，因此无法再按照传统的方法进行标定，必须研究合理适用的标定方法。另外，除了必须对两坐标系之间的角度偏差进行标定之外，还必须对寻北仪的系统误差进行标定，如仪表漂移误差、标度因数误差以及安装误差等。与传统的三陀螺和三加表的惯性导航系统不同，单轴寻北仪仅安装有单陀螺仪和单加速度计，无法按现有误差模型及标定方法进行标定及补偿，因此必须重新分析系统的误差特性，建立适用于单轴寻北仪的误差模型及误差标定方法。因此，如何建立单轴寻北仪误差模型，解决带转动机构的单轴寻北仪的误差标定问题，是实现高精度寻北仪的基础。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一种单轴寻北仪的误差标定方法，提出了适用于单轴寻北仪的误差模型及误差标定方法，解决了带转动机构的单轴寻北仪的误差标定问题，实现了单轴寻北仪简单快速误差标定。本专利技术的技术解决方案：一种单轴寻北仪的误差标定方法，步骤如下：(1)建立单轴寻北仪误差模型，确定要进行误差标定的参数；(2)将单轴寻北仪安装在三轴转台上，单轴寻北仪载体系OXbYbZb以三轴转台内环轴、中环轴和外环轴为基准；所述的单轴寻北仪载体系为OXbYbZb，其中坐标原点O位于寻北仪重心处，OYb轴沿寻北仪纵轴指向前，OXb轴沿寻北仪横轴指向右，OZb轴垂直于OXbYb，并沿寻北仪竖轴指向上；(3)启动单轴寻北仪，控制单轴寻北仪仪表系OXYZ绕OZ轴转动，使OY轴锁定在零位，调节三轴转台使单轴寻北仪静置于四个不同位置；.所述的单轴寻北仪仪表系为OXYZ，其中仪表系OZ轴与载体系OZb轴重合，OZ轴垂直于OXY，OY轴为仪表安装轴，OX轴与OY、OZ轴构成右手定则；(4)在第k个位置时，k＝1，2，3，4，采集单轴寻北仪中的陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲数均值NPgy(k)，并计算出单轴寻北仪仪表系OXYZ与载体系OXbYbZb的零位偏角Δφ；(5)调节三轴转台使单轴寻北仪分别进行十位置静置；(6)在第i个位置时，i＝1，2，3…10，分别采集陀螺仪和加速度计经过Δt秒输出的脉冲数累加和NJgy(i)和NJay(i)；(7)根据步骤(6)得到的陀螺仪和加速度计的十位置采样值，计算出单轴寻北仪加速度计的误差系数；(8)调整三轴转台使单轴寻北仪按八阶段速率测试方法进行测试；(9)在第j个测试阶段时，j＝1，2，3…7，分别采集单轴寻北仪陀螺仪和加速度计经过Δt秒输出的脉冲累加和NVgy(j)和NVay(j)；(10)根据陀螺仪和加速度计输出的脉冲累加和NVgy(j)和NVay(j)，计算出单轴寻北仪陀螺仪的误差系数，完成单轴寻北仪的误差标定。所述的单轴寻北仪误差模型包括陀螺仪误差模型和加速度计误差模型：陀螺仪误差模型为：其中，ωy为陀螺仪角速率输出，Ngy为陀螺仪采样脉冲数，Kgy为陀螺仪标度因数，T为采样时间，D0y为陀螺仪零偏，Egzy为陀螺仪安装误差，ωie为地球自转角速率，为当地纬度值；Kgy、D0y和Egzy为需要标定的误差；加速度计误差模型为：NayKayT=K0yKay+ay+Eazy·g,]]>其中，ay为加速度计输出，Nay为加速度计采样脉冲数，Kay为加速度计标度因数，T为采样时间，K0y为加速度计零偏，Eazy为加速度计安装误差，g为当地重力加速度，Kay、K0y和Eazy为需要标定的误差。所述步骤(3)中单轴寻北仪四位置分别为：位置1：调节三轴转台使单轴寻北仪载体系OXbYbZb静置于东北天方位；位置2：调节三轴转台使单轴寻北仪载体系OXbYbZb静置于北西天方位；位置3：调节三轴转台使单轴寻北仪载体系OXbYbZb静置于西南天方位；位置4：调节三轴转台使单轴寻北仪载体系OXbYbZb静置于南东天方位。步骤(4)中单轴寻北仪仪表系OXYZ与载体系OXbYbZb的零位偏角Δφ的计算方法为：Δφ=|arctan(NPgy(2)-NPgy(4)NPgy(1)-NPgy(3))|×180/π,]]>其中，Δφ为仪表系OXYZ的OY轴锁定于零位时与载体系OXbYbZb的OYb轴的零位偏角，取值范围为0°<Δφ<90°。步骤(5)中单轴寻北仪十位置分别为：第一位置1：调节三轴转台先使单轴寻北仪载体系放置于东天南方位，再绕载体系-OZb轴转动Δφ角后静置；第二位置2：调节三轴转台先使单轴寻北仪载体系放置于东地北方位，再绕载体系-OZb轴转动Δφ角后静置；第三位置3：调节三轴转台先使单轴寻北仪载体系放置于东北天方位，再绕载体系-OZb轴转动Δφ角后静置；第四位置4：在第三位置3基础上调节三轴转台绕载体系-OZb轴转动90°后静置；第五位置5：在第四位置4基础上调节三轴转台绕载体系-OZb轴转动90°后静置；第六位置6：在第五位置5基础上调节三轴转台绕载体系-OZb轴转动90°后静置；第七位置7：调节三轴转台先使单轴寻北仪载体系放置于西北地方位，再绕载体系-OZb轴转动Δφ角后静置；第八位置8：在第七位置7基础上调节三轴转台绕载体系-OZb轴转动90°后静置；第九位置9：在第八位置8基础上调节三轴转台绕载体系-OZb轴转动90°后静置；第十位置10：在第九位置9基础上调节三轴转台绕载体系-OZb轴转动90°后静置。所述的计算单轴寻北仪加速度计误差系数包括：加速度计零偏Koy、加速度计正标度因数负标度因数标度因数均值以及安装误差Eazy，具体计算方法为：加速度计零偏K0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单轴寻北仪的误差标定方法，其特征在于步骤如下：(1)建立单轴寻北仪误差模型，确定要进行误差标定的参数；(2)将单轴寻北仪安装在三轴转台上，单轴寻北仪载体系OXbYbZb以三轴转台内环轴、中环轴和外环轴为基准；所述的单轴寻北仪载体系为OXbYbZb，其中坐标原点O位于寻北仪重心处，OYb轴沿寻北仪纵轴指向前，OXb轴沿寻北仪横轴指向右，OZb轴垂直于OXbYb，并沿寻北仪竖轴指向上；(3)启动单轴寻北仪，控制单轴寻北仪仪表系OXYZ绕OZ轴转动，使OY轴锁定在零位，调节三轴转台使单轴寻北仪静置于四个不同位置；.所述的单轴寻北仪仪表系为OXYZ，其中仪表系OZ轴与载体系OZb轴重合，OZ轴垂直于OXY，OY轴为仪表安装轴，OX轴与OY、OZ轴构成右手定则；(4)在第k个位置时，k＝1，2，3，4，采集单轴寻北仪中的陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲数均值NPgy(k)，并计算出单轴寻北仪仪表系OXYZ与载体系OXbYbZb的零位偏角Δφ；(5)调节三轴转台使单轴寻北仪分别进行十位置静置；(6)在第i个位置时，i＝1，2，3…10，分别采集陀螺仪和加速度计经过Δt秒输出的脉冲数累加和NJgy(i)和NJay(i)；(7)根据步骤(6)得到的陀螺仪和加速度计的十位置采样值，计算出单轴寻北仪加速度计的误差系数；(8)调整三轴转台使单轴寻北仪按八阶段速率测试方法进行测试；(9)在第j个测试阶段时，j＝1，2，3…7，分别采集单轴寻北仪陀螺仪和加速度计经过Δt秒输出的脉冲累加和NVgy(j)和NVay(j)；(10)根据陀螺仪和加速度计输出的脉冲累加和NVgy(j)和NVay(j)，计算出单轴寻北仪陀螺仪的误差系数，完成单轴寻北仪的误差标定。...

【技术特征摘要】
1.一种单轴寻北仪的误差标定方法，其特征在于步骤如下：
(1)建立单轴寻北仪误差模型，确定要进行误差标定的参数；
(2)将单轴寻北仪安装在三轴转台上，单轴寻北仪载体系OXbYbZb以三轴转台内环轴、中
环轴和外环轴为基准；
所述的单轴寻北仪载体系为OXbYbZb，其中坐标原点O位于寻北仪重心处，OYb轴沿寻北仪
纵轴指向前，OXb轴沿寻北仪横轴指向右，OZb轴垂直于OXbYb，并沿寻北仪竖轴指向上；
(3)启动单轴寻北仪，控制单轴寻北仪仪表系OXYZ绕OZ轴转动，使OY轴锁定在零位，调
节三轴转台使单轴寻北仪静置于四个不同位置；.
所述的单轴寻北仪仪表系为OXYZ，其中仪表系OZ轴与载体系OZb轴重合，OZ轴垂直于
OXY，OY轴为仪表安装轴，OX轴与OY、OZ轴构成右手定则；
(4)在第k个位置时，k＝1，2，3，4，采集单轴寻北仪中的陀螺仪经过Δt秒输出的脉冲数
均值NPgy(k)，并计算出单轴寻北仪仪表系OXYZ与载体系OXbYbZb的零位偏角Δφ；
(5)调节三轴转台使单轴寻北仪分别进行十位置静置；
(6)在第i个位置时，i＝1，2，3…10，分别采集陀螺仪和加速度计经过Δt秒输出的脉冲
数累加和NJgy(i)和NJay(i)；
(7)根据步骤(6)得到的陀螺仪和加速度计的十位置采样值，计算出单轴寻北仪加速度
计的误差系数；
(8)调整三轴转台使单轴寻北仪按八阶段速率测试方法进行测试；
(9)在第j个测试阶段时，j＝1，2，3…7，分别采集单轴寻北仪陀螺仪和加速度计经过Δ
t秒输出的脉冲累加和NVgy(j)和NVay(j)；
(10)根据陀螺仪和加速度计输出的脉冲累加和NVgy(j)和NVay(j)，计算出单轴寻北仪陀
螺仪的误差系数，完成单轴寻北仪的误差标定。
2.根据权利要求1所述的一种单轴寻北仪的误差标定方法，其特征在于：所述的单轴寻
北仪误差模型包括陀螺仪误差模型和加速度计误差模型：
陀螺仪误差模型为：
其中，ωy为陀螺仪角速率输出，Ngy为陀螺仪采样脉冲数，Kgy为陀螺仪标度因数，T为采
样时间，D0y为陀螺仪零偏，Egzy为陀螺仪安装误差，ωie为地球自转角速率，为当地纬度
值；Kgy、D0y和Egzy为需要标定的误差；
加速度计误差模型为：
NayKayT=K0yKay+ay+Eazy·g,]]>其中，ay为加速度计输出，Nay为加速度计采样脉冲数，Kay为加速度计标度因数，T为采样
时间，K0y为加速度计零偏，Eazy为加速度计安装误差，g为当地重力加速度，Kay、K0y和Eazy为需
要标定的误差。
3.根据权利要求1所述的一种单轴寻北仪的误差标定方法，其特征在于：所述步骤(3)
中单轴寻北仪四位置分别为：
位置1：调节三轴转台使单轴寻北仪载体系OXbYbZb静置于东北天方位；
位置2：调节三轴转台使单轴寻北仪载体系OXbYbZb静置于北西天方位；
位置3：调节三轴转台使单轴寻北仪载体系OXbYbZb静置于西南天方位；
位置4：调节三轴转台使单轴寻北仪载体系OXbYbZb静置于南东天方位。
4.根据权利要求1所述的一种单轴寻北仪的误差标定方法，其特征在于：步骤(4)中单
轴寻北仪仪表系OXYZ与载体系OXbYbZb的零位偏角Δφ的计算方法为：
Δφ=|arctan(NPgy(2)-NPgy(4)NPgy(1)-NPgy(3))|×180/π,]]>其中，Δφ为仪表系OXYZ的OY轴锁定于零位时与载体系OXbYbZb的OYb轴的零位偏角，取
值范围为0°<Δφ<90°。
5.根据权利要求1所述的一种单轴寻北仪的误差标定方法，其特征在于：步骤(5)中单
轴寻北仪十位置分别为：
第一位置1：调节三轴转台先使单轴寻北仪载体系放置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭涛，张浩，曾宪超，靳猛，管伟涛，蒋鸿翔，纪文涛，
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