一种基于离心机的多位置陀螺仪漂移系数的标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于离心机的多位置陀螺仪漂移系数的标定方法，包括以下步骤：在带反转平台的精密离心机上建立坐标系，分析了各坐标系下的误差源，用齐次变换法推导出了陀螺仪各轴上精确的角速度输入并给出了比力输入标称值，再根据陀螺仪静态误差模型以及陀螺仪16位置下的比力输入和角速度输入给出了各漂移系数精确的计算表达式，从而可以通过该组表达式对于辨识结果进行误差补偿，实现对漂移系数的标定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离心机的多位置陀螺仪漂移系数的标定方法
本专利技术属于航空航天导航领域，具体设计一种基于离心机的多位置陀螺仪漂移系数的标定方法。
技术介绍
为了准确标定陀螺仪漂移系数，在带反转平台的精密离心机上建立坐标系，分析了各坐标系下的误差源，用齐次变换法推导出了陀螺仪各轴上精确的角速度输入并给出了比力输入标称值，再根据陀螺仪静态误差模型以及陀螺仪16位置下的比力输入和角速度输入给出了各漂移系数精确的计算表达式，从而可以通过该组表达式对于辨识结果进行误差补偿。试验仿真表明采用16位置测试法进行漂移系数标定时，离心机误差只对于DI与DOS的影响比较大，对于其他系数标定没有影响，说明该方法可以有效的规避离心机误差，实际标定时需要精确测量反转平台回转轴与盘面的垂直度误差，反转平台回转轴倾角回转误差以及反转平台角速率与主轴角速率的大小之差等从而满足标定精度要求。
技术实现思路
本文提出了一种简化的多位置法标定陀螺仪参数的方法，引入位置台，结合带反转平台离心机分析了其可能存在的各误差源，通过建立坐标系，并应用齐次变换的方法推导出了陀螺仪标定时误差影响较大的角速度输入的精确表达式，同时给出了陀螺仪各轴的输入比力表达式。通过特殊位置获得陀螺仪输出并结合已推导出的角速度输入、比力输入表达式以及陀螺仪静态误差模型，可以得出各项漂移率系数的表达式，从而通过误差补偿，提高了标定的精度。附图说明图1是带有反转平台的离心机的示意图；图2是十六位置陀螺仪各轴姿态。具体实施方式>其中：k1＝Δθy2t+Δθy2(-ω)；k2＝Δθx2t+Δθx2(-ω)；γ＝ωt+γ0，β＝ωt，Δω为反转平台角速率与主轴角速率的大小之差，ωe为地球自转角速度，为当地纬度。离心机的误差随对于陀螺仪各轴的输入比力有影响，但是考虑到陀螺仪漂移系数本身就很小，因此这里只考虑陀螺仪各轴输入的标称值，同时考虑旋转物体受到哥式加速度的影响得：aI＝(-A-Ak)cosγcosβ+sinβ(2)aO＝-Asinγ(3)aS＝(A+Ak)cosγsinβ+cosβ(4)其中，A＝ω2R0/g；R0为半径的标称值。陀螺仪静态误差模型的一般形式为：式(5)中，ωd为陀螺仪的角速率当量输出，单位为°/h；aI、aO、aS分别为沿陀螺仪输入轴IA、输出轴OA和自转轴SA的比力分量；dF为零位偏移，单位为°/h；ωI为沿陀螺仪输入轴方向的角速率；dI、dO、dS为沿一次漂移率系数，单位为°/h/g；dII、dOO、dSS为二次漂移率系数，单位为°/h/g2；dIO、dIS、dOS为交叉耦合漂移率系数，单位为°/h/g2；σω为残余误差。在1g重力场下对陀螺仪进行漂移系数标定时，通常采用8位置即可将dF、dI、dO、dS等系数标定出来，但前提是忽略掉了高次项漂移系数。而应用图1所示的离心机对陀螺仪各项漂移率系数进行标定时，采用8位置测试法显然无法对所有漂移系数进行标定。这里给出了一种16位置测试方法，即当γ、β分别取4个特殊角度时，通过角度组合，得到16种测试位置，在每个位置上记录下陀螺仪的输出，并且结合公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)得到16个方程，通过求解方程组即可各漂移系数的表达式。将各位置的陀螺仪各轴的比力输入和输入角速度值分别代入公式(5)中，可以得到16个含有漂移系数作为未知量的方程，通过求解方程组得：通过求解方程组可以很容易的得到各轴输入比力引起的漂移系数dI、dO、dS(°/h/g)以及输入比力乘积引起的漂移系数dIO、dIS、dOS(°/h/g2)，但是由于方程组中常值漂移dF(°/h)与输入比力的二次方引起的漂移系数dII、dOO、dSS(°/h/g2)线性相关，即方程组不满秩，因此不能有效的将四个参数分离出来。基于此，这里采用离心机提供两个不同向心加速度的方法，即在离心机两个不同转速ω、ω′的情况下进行标定，从而可以有效地分理出dF、dII、dOO、dSS这四个参数。通过计算可得：式中A1、A2用以区分离心机提供的两个不同大小的向心加速度。这样，根据式(6)～(15)，只需获得两种转速下陀螺仪16位置的输出，即可标定出所有的陀螺仪漂移系数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于离心机的多位置陀螺仪漂移系数的标定方法，所采用的系统包括：带有同步反转的速率平台、带有高精度位置台的离心机；/n其特征在于，所述方法包括：首先保证离心机整体放置在水平面上，然后进行以下步骤：/n(1)该离心机一侧带有一个反转平台，且反转平台上安装了一个可旋转的位置台，该位置台的旋转轴为C轴，该轴方向平行于盘式离心机盘面，可进行0-360°，提供标定陀螺仪所需的姿态；标定陀螺仪时，将陀螺仪置于位置台上固定安装，初始安装方向为SA竖直向上，IA沿盘式离心机半径方向指向盘式离心机圆心，OA垂直于SA与IA构成的平面；/n(2)该16位置的获得方法如下：SA轴竖直向上，OA、IA轴在一平面内以间隔角度90°，旋转4次，得到4个角位置；SA轴竖直向下，OA、IA轴在一平面内以间隔角度90°，旋转4次，得到4个角位置；IA轴竖直向上，OA、SA轴在一平面内以间隔角度90°，旋转4次，得到4个角位置；IA轴竖直向下，OA、SA轴在一平面内以间隔角度90°，旋转4次，得到4个角位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于离心机的多位置陀螺仪漂移系数的标定方法，所采用的系统包括：带有同步反转的速率平台、带有高精度位置台的离心机；
其特征在于，所述方法包括：首先保证离心机整体放置在水平面上，然后进行以下步骤：
(1)该离心机一侧带有一个反转平台，且反转平台上安装了一个可旋转的位置台，该位置台的旋转轴为C轴，该轴方向平行于盘式离心机盘面，可进行0-360°，提供标定陀螺仪所需的姿态；标定陀螺仪时，将陀螺仪置于位置台上固定安装，初始安装方向为SA竖直向上，IA沿盘式离心机半径方向指向盘式离心机圆心，OA垂直于SA与IA构成的平面；
(2)该16位置的获得方法如下：SA轴竖直向上，OA、IA轴在一平面内以间隔角度90°，旋转4次，得到4个角位置；SA轴竖直向下，OA、IA轴在一平面内以间隔角度90°，旋转4次，得到4个角位置；IA轴竖直向上，OA、SA轴在一平面内以间隔角度90°，旋转4次，得到4个角位置；IA轴竖直向下，OA、SA轴在一平面内以间隔角度90°，旋转4次，得到4个角位置。


2.根据权利要求1所述的一种用于多位置陀螺仪漂移系数的离心机方法，其特征在于，所述的标定方法，包括以下步骤：
(1)在离心机反转平台同步反转转时采用下面的试验方式，首先使陀螺仪输入轴指向并垂直于主轴回转轴线，主轴顺时针，反转平台逆时针旋转；然后方位轴旋转180°使加陀螺仪输入轴背向主轴回转轴线，主轴同样顺时针、逆时针旋转；
(2)调整工作基面水平，满足误差＜0.001rad；

【专利技术属性】
技术研发人员：王世明，陈冬，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津;12