一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法，包括惯性测量单元、信号采集电路和导航计算机；所述信号采集电路通过FPGA将检测到的角速度信号、三轴加速度信号以及温度信号进行同步采集，然后进行A/D转换并发送给导航计算机；导航计算机收到信号后进行如下处理：1)标定补偿参数：包括三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度补偿以及零位、标度因数和安装误差补偿；2)导航解算：获取载体姿态、速度信息；3)Kalman滤波：在观测量中对杆臂效应引起的额外速度误差进行计算补偿，最后输出俯仰角和横滚角。本发明专利技术能使动态水平仪具有天线匀速旋转、加减速旋转状态下动态水平度测量功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法
本专利技术涉及动态水平仪
，尤其涉及一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法。
技术介绍
雷达系统通过天线旋转实现对空域的360°全方位电子波束扫描；但因加工、调平工艺限制，天线转台与水平面之间存在一定的倾斜角度误差，且随方位随机分布，该误差会引入雷达系统后，会降低目标定位的准确度。为消除上述带来的影响，现代雷达系统均配置动态水平仪，对天线转台的水平倾斜角度进行实时测量，雷达系统利用该测量值对目标的定位参数进行实时校正，以保证定位的准确度。目前，动态水平仪技术已相当成熟，在军用领域已有着广泛的应用，在惯性领域亦是如此。但是由于机械结构和安装尺寸的限制，载体IMU的中心与惯性系统的质量中心之间存在位置的偏差；即由于加速度计和陀螺安装敏感点的位置差异，造成比力测量的差别；在存在角运动时，直接将加速度计输出代入导航算法会造成导航结算误差。因此，在考虑敏感轴正交标定外，还需将敏感点位置误差进行补偿。综上，如何提供一种由中心不一致引起的导航误差补偿方法，使动态水平仪具有天线匀速旋转、加减速旋转状态下动态水平度测量功能，以成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于解决由中心不一致引起的导航误差的问题，提供一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法，使动态水平仪具有天线匀速旋转、加减速旋转状态下动态水平度测量功能。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法，其特征在于：包括惯性测量单元、信号采集电路和导航计算机；所述惯性测量单元包括1个三轴光纤陀螺仪、3个单轴石英挠性加速度计和4个温度传感器；所述三轴光纤陀螺仪用于获取导航坐标系的角速度信号，3个单轴石英挠性加速度计用于获取载体坐标系独立的三轴加速度信号，4个温度传感器分别用于获取三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度信号；所述信号采集电路通过FPGA将检测到的角速度信号、三轴加速度信号以及温度信号进行同步采集，然后进行A/D转换并发送给导航计算机；导航计算机收到信号后进行如下处理：1)标定补偿参数：包括三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度补偿以及零位、标度因数和安装误差补偿；温度补偿采用三阶多项式模型进行外温补，其中A0为温度补偿参数，T为温度，k0、k1、k2、k3为温度补偿系数，误差模型如下：A0＝k0+k1T+k2T2+k3T3(1)；零位、标度因数和安装误差补偿采用常规12位置标定编排，误差模型如下：其中：ωGx，ωGy，ωGz分别为三轴光纤陀螺仪的输出数据；ωx，ωy，ωz分别为载体三维真实角速度；εx，εy，εz分别为三轴光纤陀螺仪的三轴零位；Kx，Ky，Kz分别为三轴光纤陀螺仪的三轴标度因数；Kxy，Kxz，Kyx，Kyz，Kzx，Kzy分别为安装误差系数；其中：AAx，AAy，AAz分别为3个单轴石英挠性加速度计的三轴输出；Ax，Ay，Az分别为载体三维真实线加速度；分别为3个单轴石英挠性加速度计的三轴零位；Kx，Ky，Kz分别为3个单轴石英挠性加速度计的三轴标度因数；Kxy，Kxz，Kyx，Kyz，Kzx，Kzy分别为安装误差系数；2)导航解算：获取载体姿态、速度信息，捷联惯导姿态微分方程如下：其中，矩阵表示载体系相对于导航系的姿态阵，由于陀螺输出的是载体系相对于惯性系的角速度而角速度信息不能直接测量获得，需对微分方程式(4)作如下变换：其中，表示导航系相对于惯性系的旋转，它包含两部分：地球自转引起的导航系旋转，以及系统在地球表面附近移动因地球表面弯曲引起的导航系旋转，即有其中，式中ωie为地球自转角速率，L和h分别为地理纬度和高度。地理坐标系和载体坐标系相对于惯性系都是动坐标系，根据姿态阵微分方程和分别可得相对于惯性系的姿态更新算法：速度更新计算由比力方程可知，式中是加速度计的测量值，gn＝[00-g]T；3)Kalman滤波：在观测量中对杆臂效应引起的额外速度误差进行计算补偿，最后输出俯仰角和横滚角。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、由于本专利技术为子母惯导之间存在杆臂长度时，消除杆臂效应误差再进行对准的情况，不仅适用于雷达阵面水平定位，在舰载系统和机载系统中都可以使用。2、采用卡尔曼滤波器，在建立系统动态方程中不考虑杆臂效应带来的影响，而在观测量中对杆臂效应引起的额外速度误差进行计算补偿，实现杆臂效应误差补偿。附图说明图1为本专利技术的系统的原理框图。图2为本专利技术中惯性坐标系与载体坐标系的位置关系图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。实施例：参见图1，一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法，包括惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，简称IMU)、信号采集电路和导航计算机。所述惯性测量单元包括1个三轴光纤陀螺仪、3个单轴石英挠性加速度计和4个温度传感器。所述三轴光纤陀螺仪用于获取导航坐标系的角速度信号，3个单轴石英挠性加速度计用于获取载体坐标系独立的三轴加速度信号，4个温度传感器分别用于获取三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度信号。所述信号采集电路通过FPGA将三轴光纤陀螺仪检测到的角速度信号、3个单轴石英挠性加速度计检测到的三轴加速度信号以及4个温度传感器检测到的温度信号进行同步采集，然后进行A/D转换并发送给导航计算机；导航计算机收到信号后进行如下处理：1)标定补偿参数：包括三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度补偿以及零位、标度因数和安装误差补偿，具体如下：温度补偿采用三阶多项式模型进行外温补，其中A0为温度补偿参数，T为温度，k0、k1、k2、k3为温度补偿系数，误差模型如下：A0＝k0+k1T+k2T2+k3T3(1)。零位、标度因数和安装误差补偿采用常规12位置标定编排，误差模型如下：其中：ωGx，ωGy，ωGz分别为三轴光纤陀螺仪的输出数据；ωx，ωy，ωz分别为载体三维真实角速度；εx，εy，εz分别为三轴光纤陀螺仪的三轴零位；Kx，Ky，Kz分别为三轴光纤陀螺仪的三轴标度因数；Kxy，Kxz，Kyx，Kyz，Kzx，Kzy分别为安装误差系数。其中：AAx，AAy，AAz分别为3个单轴石英挠性加速度计的三轴输出；Ax，Ay，Az分别为载体三维真实线加速度；分别为3个单轴石英挠性加速度计的三轴零位；Kx，Ky，Kz分别为3个单轴石英挠性加速度计的三轴标度因数；Kxy，Kxz，Kyx，Kyz，Kzx本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法，其特征在于：包括惯性测量单元、信号采集电路和导航计算机；/n所述惯性测量单元包括1个三轴光纤陀螺仪、3个单轴石英挠性加速度计和4个温度传感器；所述三轴光纤陀螺仪用于获取导航坐标系的角速度信号，3个单轴石英挠性加速度计用于获取载体坐标系独立的三轴加速度信号，4个温度传感器分别用于获取三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度信号；/n所述信号采集电路通过FPGA将检测到的角速度信号、三轴加速度信号以及温度信号进行同步采集，然后进行A/D转换并发送给导航计算机；导航计算机收到信号后进行如下处理：/n1)标定补偿参数：包括三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度补偿以及零位、标度因数和安装误差补偿；/n温度补偿采用三阶多项式模型进行外温补，其中A

【技术特征摘要】
1.一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法，其特征在于：包括惯性测量单元、信号采集电路和导航计算机；
所述惯性测量单元包括1个三轴光纤陀螺仪、3个单轴石英挠性加速度计和4个温度传感器；所述三轴光纤陀螺仪用于获取导航坐标系的角速度信号，3个单轴石英挠性加速度计用于获取载体坐标系独立的三轴加速度信号，4个温度传感器分别用于获取三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度信号；
所述信号采集电路通过FPGA将检测到的角速度信号、三轴加速度信号以及温度信号进行同步采集，然后进行A/D转换并发送给导航计算机；导航计算机收到信号后进行如下处理：
1)标定补偿参数：包括三轴光纤陀螺仪和3个单轴石英挠性加速度计的温度补偿以及零位、标度因数和安装误差补偿；
温度补偿采用三阶多项式模型进行外温补，其中A0为温度补偿参数，T为温度，k0、k1、k2、k3为温度补偿系数，误差模型如下：
A0＝k0+k1T+k2T2+k3T3(1)；
零位、标度因数和安装误差补偿采用常规12位置标定编排，误差模型如下：



其中：ωGx，ωGy，ωGz分别为三轴光纤陀螺仪的输出数据；
ωx，ωy，ωz分别为载体三维真实角速度；
εx，εy，εz分别为三轴光纤陀螺仪的三轴零位；
Kx，Ky，Kz分别为三轴光纤陀螺仪的三轴标度因数；
Kxy，Kxz，Kyx，Kyz，Kzx，Kzy分别为安装误差系数；
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【专利技术属性】
技术研发人员：魏旭阳，阳洪，张裕，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50