一种重力敏感器的惯组级标定方法技术

本发明专利技术涉及一种重力敏感器的惯组级标定方法，其包括以下步骤：⑴.将包含重力敏感器和两个水平加速度计的比力测量单元安装在三轴位置转台上并进行初始位置误差调整；⑵.按照重力敏感器的使用要求，将转台的三个轴设定在多个对称的位置上，并记录观测值；⑶.基于不同位置的真实比力输入和元件输出，采用模型辨识的方法完成多参数标定。本发明专利技术设计了一种重力敏感器的惯组级标定方法，采用特殊位置的三维加速度激励与参数模型辨识，求得重力敏感器的标度因数、零位及敏感器的正交误差。此外，两支水平加速度计的标度因数、零位及正交误差也可同时求得。

An inertial group level calibration method for gravity sensor

The invention relates to a gravity sensor IMU calibration method, which comprises the following steps: 1. The force measuring unit contains gravity sensor and two horizontal accelerometer installation and adjustment of the initial position error in three axis position turntable; 2. According to the requirement of using gravity sensor, three axis turntable set in a plurality of symmetrical, and record observations; 3. Different positions of the input and output components based on real comparison, by using the model identification method for multi parameter calibration. An inertial group level calibration method of gravity sensor is designed, and the scale factor, zero position and the quadrature error of the sensor are obtained by using the three-dimensional acceleration excitation and the parameter model identification of the special position. In addition, the scale factor, zero position and orthogonal error of the two horizontal accelerometers can also be obtained at the same time.

【技术实现步骤摘要】
一种重力敏感器的惯组级标定方法
本专利技术属于重力敏感器
，尤其是一种可实现基于惯性技术的重力敏感器与水平加速度计相关物理参数的联合标定的重力敏感器的惯组级标定方法。
技术介绍
动态相对重力仪采用三轴惯性稳定平台技术，比力敏感单元由一个垂向重力敏感器和两个水平加速度计组成，通过对平台的实时控制，保证在动态条件下重力敏感器的敏感轴始终保持在地理垂线方向。作为能够连续获得地球重力异常信息的测量设备，在海洋测绘、舰船导航和地质勘探等领域发挥着重要的作用。目前，国外重力仪产品的测量精度<1mGal。用于获得垂向比力信息的重力敏感器是重力仪的核心敏感元件。重力敏感器是一种数字量输出元件，在使用前需通过标定对零位及标度因数等物理参数进行辨识。然而，有碍于特殊的结构设计与非线性特点，重力敏感器的敏感轴方向只能被设定在地理垂线附近，同时重力敏感器与水平加速度计直接的耦合误差也是在标定中必须考虑的问题。重力敏感器的输出在地理垂向附近<10°范围内具有较好的线性度。按照重力仪的精度指标要求，重力敏感器的零位的标定精度需<1×10-6g，标度因数的标定精度应<1ppm，与水平加速度计的正交误差应<10"。
技术实现思路
本专利技术的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种克服了重力敏感器只能在地理垂线附近使用的缺陷，实现了组件级的多参数联合标定，建立了一整套完备的重力敏感器参数标定流程。本专利技术的目的是通过以下技术手段实现的：一种重力敏感器的惯组级标定方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴.将包含重力敏感器和两个水平加速度计的比力测量单元安装在三轴位置转台上并进行初始位置误差调整；⑵.按照重力敏感器的使用要求，将转台的三个轴设定在多个对称的位置上，并记录观测值；⑶.基于不同位置的真实比力输入和元件输出，采用模型辨识的方法完成多参数标定。而且，在步骤⑴之前，先使用酒精棉球将转台安装面、过渡板接触面及比力测量组件接触面擦拭干净，防止灰尘及油污影响标定精度。而且，步骤⑴的具体过程为：将比力测量组件通过过渡板安装在转台内框上，利用水平仪进行调平，精度控制在2"以内；由于重力加速度输入对方位不敏感，故转台初始方位任意，标定初始各框轴都处于零位；比力测量组件x轴对准内框轴，y轴对准中框轴，z轴对准外框轴垂直向上，重力敏感器敏感轴沿z方向。而且，在开始标定前，即在步骤⑵之前，在比力测量组件外增加温控罩并预热12小时，使得内部温度场达到稳定。而且，步骤⑵的具体过程为：依次控制转台按照转位次序进行转动，并在每个空间位置停留2分钟，录取敏感器和水平加速度计的静态数据并存储。而且，所述的按照转位次序进行转动依次为：1初始位置；2外框轴转90°；3外框轴转90°；4外框轴转90°；5内框轴转5°；6外框轴转180°；7内框轴转5°；8外框轴转180°；9内框轴转-15°；10外框轴转180°；11内框轴转-5°；12外框轴转180°；13内框轴转10°、中框轴转-5°；14外框轴转180°；15中框轴转-5°；16外框轴转180°；17中框轴转15°；18外框轴转180°；19中框轴转5°；20外框轴转180°。而且，步骤⑶的具体过程为：将组件的实际输出数字量和真实的比力输入作为已知信息，采用模型辨识的方法即可求得重力敏感器的标度因数、零位及敏感器的正交误差，两支水平加速度计的标度因数、零位与正交误差也可同时求得。而且，所述的转台是基本形状为U-O-O的三轴位置转台。本专利技术的优点和积极效果是：1、标定状态与重力仪真实工作状态接近，保证了重力敏感器与水平加速度计的最佳性能体现，最大程度降低了非线性影响。2、惯组级标定实现了多参数同时辨识，大大提高了标定精度和工作效率。3、本专利技术设计了一种重力敏感器的惯组级标定方法，可实现重力敏感器与水平加速度计相关物理参数的联合标定。重力敏感器和两个水平加速度计组成的比力测量组件安装在三轴位置转台上。按照一组设定的转位次序控制转台转动，依次将比力测量组件定位在设定姿态，获得不同的重力加速度输入。比力测量组件在不同的姿态上对应一组真实的比力输入，将组件的实际输出数字量和真实的比力输入作为已知信息，采用模型辨识的方法即可求得重力敏感器的标度因数、零位及敏感器的正交误差。两支水平加速度计的标度因数、零位及正交误差也可同时求得。附图说明图1是U-O-O形式三轴位置转台的结构示意图。图中标号分别为：1.内框；2.中框；3.外框。具体实施方式下面结合附图详细叙述本专利技术的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。一种重力敏感器的惯组级标定方法，利用基本形状为U-O-O的三轴位置转台(如图1)进行标定(转台主要包括内框1、中框2和外框3)，具体标定过程包括以下步骤：⑴.将包含重力敏感器和两个水平加速度计的比力测量单元安装在三轴位置转台上并进行初始位置误差调整，其具体过程为：首先，使用酒精棉球将转台安装面、过渡板接触面及比力测量组件接触面擦拭干净，防止灰尘及油污影响标定精度。然后，将比力测量组件通过过渡板安装在转台内框上，利用水平仪进行调平，精度控制在2"以内；由于重力加速度输入对方位不敏感，故转台初始方位任意，标定初始各框轴都处于零位；比力测量组件x轴对准内框轴，y轴对准中框轴，z轴对准外框轴垂直向上，重力敏感器敏感轴沿z方向，如图1所示。⑵.按照重力敏感器的使用要求，将转台的三个轴设定在多个对称的位置上，并记录观测值，其具体过程为：开始标定前(即：在步骤⑵之前)，在比力测量组件外增加温控罩并预热12小时，使得内部温度场达到稳定。由于机械加工误差和电气控制误差的影响，转台存在位置误差、轴正交度误差、相交度误差和回转误差等。转台误差引起参考输入误差，直接影响标定精度。为减小转台误差对标定的影响，应充分利用对称位置抵消部分误差，提高标定精度。依次控制转台按照表1(20位置编排及转台转位次序)所列转位次序进行转动，并在每个空间位置停留2分钟，录取敏感器和水平加速度计的静态数据并存储。表1中的转位次序依次为：1初始位置；2外框轴转90°；3外框轴转90°；4外框轴转90°；5内框轴转5°；6外框轴转180°；7内框轴转5°；8外框轴转180°；9内框轴转-15°；10外框轴转180°；11内框轴转-5°；12外框轴转180°；13内框轴转10°、中框轴转-5°；14外框轴转180°；15中框轴转-5°；16外框轴转180°；17中框轴转15°；18外框轴转180°；19中框轴转5°；20外框轴转180°。表120位置编排及转台转位次序⑶.基于不同位置的真实比力输入和元件输出，采用模型辨识的方法完成多参数标定，其具体过程为：将组件的实际输出数字量和真实的比力输入作为已知信息，采用模型辨识的方法即可求得重力敏感器的标度因数、零位及敏感器的正交误差，两支水平加速度计的标度因数、零位与正交误差也可同时求得。本专利技术对重力敏感器与水平加速度计的联合标定，引入不同空间位置的加速度激励。将其作为完整的比力敏感单元安装在三轴转台上，按照重力敏感器的实用要求，将转台的水平两轴设定在<±10°的对称位置，方位轴只保持位置对称，通过模型辨识的方法可实现上述各项物理参数的标定。目前，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重力敏感器的惯组级标定方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴.将包含重力敏感器和两个水平加速度计的比力测量单元安装在三轴位置转台上并进行初始位置误差调整；⑵.按照重力敏感器的使用要求，将转台的三个轴设定在多个对称的位置上，并记录观测值；⑶.基于不同位置的真实比力输入和元件输出，采用模型辨识的方法完成多参数标定。

【技术特征摘要】
1.一种重力敏感器的惯组级标定方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴.将包含重力敏感器和两个水平加速度计的比力测量单元安装在三轴位置转台上并进行初始位置误差调整；⑵.按照重力敏感器的使用要求，将转台的三个轴设定在多个对称的位置上，并记录观测值；⑶.基于不同位置的真实比力输入和元件输出，采用模型辨识的方法完成多参数标定。2.根据权利要求1所述的一种重力敏感器的惯组级标定方法，其特征在于：在步骤⑴之前，先使用酒精棉球将转台安装面、过渡板接触面及比力测量组件接触面擦拭干净，防止灰尘及油污影响标定精度。3.根据权利要求1所述的一种重力敏感器的惯组级标定方法，其特征在于：步骤⑴的具体过程为：将比力测量组件通过过渡板安装在转台内框上，利用水平仪进行调平，精度控制在2"以内；由于重力加速度输入对方位不敏感，故转台初始方位任意，标定初始各框轴都处于零位；比力测量组件x轴对准内框轴，y轴对准中框轴，z轴对准外框轴垂直向上，重力敏感器敏感轴沿z方向。4.根据权利要求1所述的一种重力敏感器的惯组级标定方法，其特征在于：在开始标定前，即在步骤⑵之前，在比力测量组件外增加温控罩并预热12小时，使得内部温度场达到稳定。5.根据权利要求1所述的一种重力敏感器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高巍，毋兴涛，张子山，李城锁，王伟，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12