一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法技术

本发明专利技术属于惯性器件标定技术，具体为一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法，根据加表和旋变数据确定每个位置开始时刻P系相对G系的转换矩阵，计算两个位置上的位置误差及姿态阵，计算在每个位置上地理系上的未补偿平台漂移、每个位置在Y

A precise self calibration method for platform gravimeter under shaking base

【技术实现步骤摘要】
一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法
本专利技术属于惯性器件标定技术，具体涉及一种平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法。
技术介绍
标定/自标定是使加表和陀螺各轴依次指向不同方向，利用地球自转角速率和重力(这两个量在标定时作为已知量看待)来完成重力仪中的惯性器件(即加表和陀螺)参数标定。在传统的标定/自标定方法中，要求载体静止，通常是在有隔离地基的转台上完成标定任务；而在外场时，隔离地基无法保障，甚至载体静止也无法保障(比如在机载条件下，由于天气原因，飞机停止时也无法保持静止)，当载体晃动时，会产生附加的角速率和加速度，陀螺和加表除了敏感地球自转角速率和重力外，也会敏感这些由于载体晃动产生的角速率和加速度，在根据陀螺和加表测量值计算时，这些晃动产生的角速率和加速度进而会降低标定精度甚至使标定任务失败。传统标定和自标定方法在使用中有诸多约束条件，使得自标定方法实用性大大降低，为此需要寻求一种晃动基座下的精密自标定方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法，其能够解决晃动条件下的自标定问题，标定时间短、标定参数多、抗扰动性强。本专利技术的技术方案如下：一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法，包括如下步骤：1)对准，即根据加表和旋变数据确定每个位置开始时刻P系相对G系的转换矩阵其中，c＝cos；s＝sin；分别为外环、中环和内环旋变的数据；是平台框架轴的失准角；<br>是装载中环和内环上旋变的零位；其中，为T1/2时刻G系相对P系转换矩阵；2)导航，即计算两个位置上的位置误差及姿态阵Cgpk＝Cgik·Cipk2.1)计算Cgik其中，Ω为地球自转角速率；2.2)计算Cipkωx＝(ωxk-1+ωxk)/2ωy＝(ωyk-1+ωyk)/2ωz＝(ωzk-1+ωzk)/2Cip0＝Cgp(0)其中，ω0x、ω0y、ω0z为陀螺常值漂移；ωxy、ωxz、ωyx、ωyz、ωzx、ωzy为陀螺漂移交叉耦合项；ωxx、ωyy、ωzz为陀螺刻度系数误差；2.3)计算两个位置上的位置误差rgk；3)估计，即计算在每个位置上地理系上的未补偿平台漂移每个位置在Yg轴上的未补偿加速度计误差平台相对水平面的失准角和在t＝0时被忽略的速度成分和4)校正，即修正平台漂移和加表参数；在每个位置t＝0时，修正速度分量；在每个位置上，修正矩阵Cgp(0)(Cip(0))；5)返回步骤2)直到满足迭代条件后结束。所述步骤1)的Cmp算式中3.如权利要求1所述的一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法，其特征在于，所述步骤1)中的确定方法如下：a、计算两个位置的欧拉角b、欧拉角在第一位置P系上的投影c、计算第六位置的欧拉角速率，得到平均角速率式中：为T1/2时刻的角度；d、计算平均加速度其中，n0x、n0y、n0z为加表零偏；e、计算式中：c11＝c22c33-c32c23c12＝c31c23-c21c33c13＝c21c32-c31c22所述步骤2.3)中两个位置上的位置误差rgk确定方法如下：a、计算地理坐标系下的速度Vgk＝[VxgkVygkVzgk]T其中，n0x、n0y、n0z为加表零偏；Δxx、Δyy、Δzz是加速度计标定因数误差；Δyx、Δzx、Δzy是加速度计输入轴的失准角；b、利用下式确定两个位置上的位置误差rgk确定各个方向的分量时，将相应的分量数据带入即可。所述步骤3)中采用最小二乘法进行状态估计，具体为：3.1)确定状态向量其最小二乘估计为：其中，Zm×1＝Hm×nXn×13.2)确定Zm×1＝[rxg(t)rzg(t)θy(t)]Tθy(t)＝θy0+ωygt所述步骤4)中：4.1修正平台漂移4.2)在每个位置t＝0时，修正速度分量4.3)在每个位置上，修正矩阵Cgp(0)(Cip(0))(j＝1,2)所述步骤6)中如果满足以下条件之一，迭代结束：1)角秒；和角秒；2)3)本专利技术的显著效果在于：本方法利用重力仪计算得到的速度和位置信息，通过系统误差方程，迭代估计得到需要的参数。平台式重力仪晃动基座自标定方法是通过转动重力仪台体分别到六个不同的位置，然后利用各个位置的导航信息，通过迭代估计所需的参数(包括：加表零偏、标度因数和安装误差；陀螺零偏、标度因数和交叉耦合项等)。有效避免由于载体晃动引起的标定误差，具有较强的抗扰动能力，适合外场自标定，提高了方法实用性。附图说明图1为自标定位置图；图2为本方法流程图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。平台式重力仪晃动基座自标定方法是通过转动重力仪台体分别到六个不同的位置，然后利用各个位置的导航信息，通过迭代估计所需的参数(包括：加表零偏、标度因数和安装误差；陀螺零偏、标度因数和交叉耦合项等)。自标定位置如图1所示，自标定流程如图2所示，自标定流程分为对准、导航、估计和校正。首先说明本方法中的坐标系定义。a)当地地理坐标系OXgYgZg(g系)：Xg轴指向东，Yg轴指向上，Zg轴指向南b)惯性系OXiYiZi(i系)：c)加表坐标系OXYZ(P系)：X轴和Ax加表输入轴；Y轴在Ax加表和Ay加表输入轴形成的平面内，且与X轴垂直。d)陀螺施矩坐标系OXGYGZG(G系)：XG轴与陀螺力矩器Gx轴重合，YG轴在陀螺力矩器Gx和Gy轴所在的平面内，且与力矩器Gx轴垂直。e)框架坐标系e.1)IMU基座坐标系OXmYmZm(m系)：OXmYmZm和基座固联。Zm轴和外环轴重合，Xm轴在外环轴和中环轴形成的面内，且与Zm轴垂直。e.2)外环坐标系OXm1Ym1Zm1(m1系)：OXm1Ym1Zm1和外环固联。Zm1轴和外环轴重合。当外环轴旋变为零时，OXm1Ym1Zm1和OXmYmZm重合。e.3)中环坐标系OXm2Ym2Zm2(m2系)：OXm2Ym2Zm2和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)对准，即根据加表和旋变数据确定每个位置开始时刻P系相对G系的转换矩阵

【技术特征摘要】
1.一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对准，即根据加表和旋变数据确定每个位置开始时刻P系相对G系的转换矩阵









其中，c＝cos；s＝sin；

分别为外环、中环和内环旋变的数据；

是平台框架轴的失准角；

是装载中环和内环上旋变的零位；






其中，为T1/2时刻G系相对P系转换矩阵；
2)导航，即计算两个位置上的位置误差及姿态阵
Cgpk＝Cgik·Cipk
2.1)计算Cgik



其中，Ω为地球自转角速率；
2.2)计算Cipk



ωx＝(ωxk-1+ωxk)/2
ωy＝(ωyk-1+ωyk)/2
ωz＝(ωzk-1+ωzk)/2









Cip0＝Cgp(0)
其中，ω0x、ω0y、ω0z为陀螺常值漂移；ωxy、ωxz、ωyx、ωyz、ωzx、ωzy为陀螺漂移交叉耦合项；ωxx、ωyy、ωzz为陀螺刻度系数误差；
2.3)计算两个位置上的位置误差rgk；
3)估计，即计算在每个位置上地理系上的未补偿平台漂移每个位置在Yg轴上的未补偿加速度计误差平台相对水平面的失准角和在t＝0时被忽略的速度成分和
4)校正，即修正平台漂移和加表参数；在每个位置t＝0时，修正速度分量；在每个位置上，修正矩阵Cgp(0)(Cip(0))；
5)返回步骤2)直到满足迭代条件后结束。


2.如权利要求1所述的一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法，其特征在于：所述步骤1)的Cmp算式中











3.如权利要求1所述的一种用于平台式重力仪晃动基座下精密自标定方法，其特征在于，所述步骤1)中的确定方法如下：
a、计算两个位置的欧拉角












b、欧拉角在第一位置P系上的投影






c、计算第六位置的欧拉角速率，得到平均角速率






式中：为T1/2时刻的角度；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明，胡平华，唐江河，黄鹤，刘东斌，陈晓华，闫方，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11