一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法技术

一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，通过石英加速度计测量重力矢量，以重力矢量在台体上的投影角来反映平台台体的姿态变化；摇摆过程中，惯性平台台体稳定在惯性空间，通过摇摆过程中水平方向石英加速度计比力输出解算惯性平台水平方向的漂移，同时根据测量方法误差及石英加速度计输出特性设计取值窗口，通过计算惯性平台动静差得到惯性平台摇摆动态精度。在一种惯性平台台体姿态下只能测量惯性平台水平两个方向，方位轴的漂移无法观测，因此通过位置摇摆台实现惯性平台基座转位，依次设计惯性平台竖直状态和惯性平台水平状态的摇摆模式，解决方位轴的观测问题，排除多种非产品因素引起的误差，对惯性平台的摇摆性能评价准确高效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法
本专利技术涉及一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，属于惯性平台系统测试方法

技术介绍
惯性平台是测量载体姿态信息和视加速度的一种稳定平台系统，由陀螺仪、平台台体、框架系统和稳定回路组成。安装在台体上的陀螺仪敏感台体相对惯性空间的角速度，并通过稳定回路进行控制，使平台台体在惯性空间中保持稳定。平台基座作周期性角运动时，平台台体的角位置将含有动态误差，摇摆测试的目的是评估平台系统在三轴摇摆的角动态条件下，平台系统的稳定控制性能。只有采用的摇摆评估方法尽可能排除非产品因素引起的误差影响，才能更加准确、稳定与高效地评估惯性平台的动态性能。当前惯性平台采用的摇摆动态精度测试方法，以速率摇摆台为角动态激励设备，以平台轴端的框架角为观测量进行摇摆漂移的测量计算。该方法基于框架角小角度漂移曲线线性的特点，框架角的漂移即近似表征惯性平台系统的漂移。当前摇摆漂移测试方法的摇摆超差比例很高，特别是对于方位锁定轴。摇摆时平台工作为随动模式，方位轴采用框架锁定模式，水平两轴采用调平模式，平台基座与摇摆台直接固连。由于摇摆台存在回零误差，试验时水平轴可以通过调平时的初始零位补偿降低超差，但随动轴采用框架角锁零模式，无法识别摇摆台回零误差大小，因此锁定轴超差比例较高。此外，摇摆试验中人工拔插定位销会引起框架角曲线变化不一致，计算时不能固定化窗口取值，进一步增大了其方法误差影响。当前10分钟摇摆测试时间中，该方法误差对摇摆漂移结果的影响最大会超过0.01°/h。因此，当前惯性平台摇摆评估方法受非产品因素的误差影响明显，并在本质上无法解决方位锁定轴的补偿问题。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有评估方法的方法误差大、易受非产品因素影响等不足之处，提出一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，解决惯性平台系统摇摆动态精度长期超差的问题。本专利技术的技术解决方案：一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，包括以下步骤：(1)设置摇摆试验环境；(2)进行惯性平台竖直状态下的摇摆试验；(3)进行惯性平台水平状态下的摇摆试验；(4)计算惯性平台空间稳定状态的重力矢量输出；(5)基于重力矢量输出对惯性平台进行姿态解算；(6)通过固定窗口取值的方式计算惯性平台的摇摆漂移率。进一步的，所述设置摇摆试验环境，具体为：选择位置摇摆台进行摇摆试验，将惯性平台放置在位置摇摆台上，惯性平台安装好后上电，根据陀螺仪与石英加速度计的精度稳定时间要求，使惯性平台稳定；摇摆台内环、中环和外环按照摇摆试验条件进行设置，摇摆试验条件包括：设置三个环按同一频率、同一幅度的正弦波形摇摆，相邻二轴间的相位差相同。进一步的，频率值设置为1Hz，幅度设置为6±0.5°，相邻二轴间的相位差不大于45°。进一步的，所述位置摇摆台有内环、中环和外环三个转动环，均能够360度连续转动，所述位置摇摆台通过包含光电编码器和轴端电机的控制系统对各个环的转位和摇摆进行控制。进一步的，进行惯性平台竖直状态下的摇摆试验，首先进行一次惯性平台的静态漂移测试，其后连续进行两次摇摆状态下的惯性平台动态漂移测试，最后再进行一次惯性平台静态漂移测试；具体包括如下步骤：(2.1)摇摆台回零，惯性平台发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角均为0°；(2.2)等待180秒后，惯性平台切换为石英加速度计飞行导航状态，并以该时刻作为时间零点，即0秒；(2.3)开始惯性平台静态漂移测试，摇摆台不动，惯性平台等待600秒后发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角回到0°；(2.4)进行惯性平台动态漂移测试，等待180秒后，惯性平台切换为石英加速度计飞行导航状态，并以该时刻作为时间零点，即0秒；90秒后启动摇摆台进行摇摆，570秒后摇摆台停止；600秒后惯性平台发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角重新回到0°；(2.5)重复步骤(2.4)惯性平台动态漂移测试一次；(2.6)重复步骤(2.3)惯性平台静态漂移测试一次。进一步的，完成惯性平台竖直状态下的摇摆试验后，将摇摆台内环转动90度，使惯性平台转为水平进行惯性平台水平状态下的摇摆试验，首先进行一次惯性平台的静态漂移测试，其后连续进行两次摇摆状态下的惯性平台动态漂移测试，最后再进行一次惯性平台静态漂移测试；具体包括如下步骤：(3.1)摇摆台回到初始位置，此时内环为90°，中环为0°，外环为0°；(3.2)惯性平台发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角均为0°；(3.3)等待180秒后，惯性平台切换为石英加速度计飞行导航状态，并以该时刻作为时间零点，即0秒；(3.4)开始惯性平台静态漂移测试，摇摆台不动，惯性平台等待600秒后发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角回到0°；(3.5)进行惯性平台动态漂移测试，等待180秒后，惯性平台切换为石英加速度计飞行导航状态，并以该时刻作为时间零点，即0秒；90秒后启动摇摆台进行摇摆，570秒后摇摆台停止；600秒后惯性平台发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角重新回到0°；(3.6)重复步骤(3.5)惯性平台动态漂移测试一次；(3.7)重复步骤(3.4)惯性平台静态漂移测试一次。进一步的，所述步骤(4)计算惯性平台空间稳定状态的重力矢量输出，具体为：(4.1)竖直状态摇摆试验后，分别获取惯性平台两个水平方向的四组石英加速度计数据，水平状态摇摆试验后再获取另外一个方向的四组石英加速度计数据；(4.2)对三个方向石英加速度计数据进行低通滤波，之后计算石英加速度计原始比力输出其中：和分别表示石英加速度计正通道和负通道的脉冲输出，Δt为脉冲输出的时间间隔，K0j1.25g和K1j1.25g表示石英加速度计的零次项和一次项，j表示x、y和z三个惯性平台轴方向；(4.3)整理x、y和z三个方向石英加速度计比力输出，得到惯性平台在空间稳定状态时的重力矢量测量结果。进一步的，所述步骤(5)基于重力矢量输出对惯性平台进行姿态解算，具体为：(5.1)对石英加速度计比力输出进行惯性平台安装误差补偿，求解补偿系统安装误差后的惯性平台坐标系上的石英加速度计比力输出fp：其中，表示石英加速度计在惯性平台坐标系中的安装误差补偿矩阵：Qxz、Qxy分别表示X轴石英加速度计与惯性平台坐标系Z轴和Y轴的夹角，Qyz、Qyx分别表示Y轴石英加速度计与惯性平台坐标系Z轴和X轴的夹角，Qzy、Qzx分别表示Z轴石英加速度计与惯性平台坐标系Y轴和X轴的夹角；(5.2)令dx、dy和dz分别表示平台绕惯性平台坐标系X、Y和Z轴的漂移角度，惯性平台在基座不同状态时对应的水平轴方向的漂移角度如下：进一步的，所述步骤(6)通过固定窗口取值的方式计算惯性平台的摇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，其特征在于包括以下步骤：/n(1)设置摇摆试验环境；/n(2)进行惯性平台竖直状态下的摇摆试验；/n(3)进行惯性平台水平状态下的摇摆试验；/n(4)计算惯性平台空间稳定状态的重力矢量输出；/n(5)基于重力矢量输出对惯性平台进行姿态解算；/n(6)通过固定窗口取值的方式计算惯性平台的摇摆漂移率。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设置摇摆试验环境；
(2)进行惯性平台竖直状态下的摇摆试验；
(3)进行惯性平台水平状态下的摇摆试验；
(4)计算惯性平台空间稳定状态的重力矢量输出；
(5)基于重力矢量输出对惯性平台进行姿态解算；
(6)通过固定窗口取值的方式计算惯性平台的摇摆漂移率。


2.根据权利要求1所述的一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，其特征在于：所述设置摇摆试验环境，具体为：选择位置摇摆台进行摇摆试验，将惯性平台放置在位置摇摆台上，惯性平台安装好后上电，根据陀螺仪与石英加速度计的精度稳定时间要求，使惯性平台稳定；摇摆台内环、中环和外环按照摇摆试验条件进行设置，摇摆试验条件包括：设置三个环按同一频率、同一幅度的正弦波形摇摆，相邻二轴间的相位差相同。


3.根据权利要求2所述的一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，其特征在于：频率值设置为1Hz，幅度设置为6±0.5°，相邻二轴间的相位差不大于45°。


4.根据权利要求2所述的一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，其特征在于：所述位置摇摆台有内环、中环和外环三个转动环，均能够360度连续转动，所述位置摇摆台通过包含光电编码器和轴端电机的控制系统对各个环的转位和摇摆进行控制。


5.根据权利要求1所述的一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，其特征在于：进行惯性平台竖直状态下的摇摆试验，首先进行一次惯性平台的静态漂移测试，其后连续进行两次摇摆状态下的惯性平台动态漂移测试，最后再进行一次惯性平台静态漂移测试；具体包括如下步骤：
(2.1)摇摆台回零，惯性平台发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角均为0°；
(2.2)等待180秒后，惯性平台切换为石英加速度计飞行导航状态，并以该时刻作为时间零点，即0秒；
(2.3)开始惯性平台静态漂移测试，摇摆台不动，惯性平台等待600秒后发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角回到0°；
(2.4)进行惯性平台动态漂移测试，等待180秒后，惯性平台切换为石英加速度计飞行导航状态，并以该时刻作为时间零点，即0秒；90秒后启动摇摆台进行摇摆，570秒后摇摆台停止；600秒后惯性平台发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角重新回到0°；
(2.5)重复步骤(2.4)惯性平台动态漂移测试一次；
(2.6)重复步骤(2.3)惯性平台静态漂移测试一次。


6.根据权利要求1所述的一种基于重力矢量测量的惯性平台摇摆动态精度测试方法，其特征在于：完成惯性平台竖直状态下的摇摆试验后，将摇摆台内环转动90度，使惯性平台转为水平进行惯性平台水平状态下的摇摆试验，首先进行一次惯性平台的静态漂移测试，其后连续进行两次摇摆状态下的惯性平台动态漂移测试，最后再进行一次惯性平台静态漂移测试；具体包括如下步骤：
(3.1)摇摆台回到初始位置，此时内环为90°，中环为0°，外环为0°；
(3.2)惯性平台发任意位置转位指令，使X、Y和Z各轴姿态角均为0°；
(3.3)等待180秒后，惯性平台切换为石英加速度计飞行导航状态，并以该时刻作为时间零点，即0秒；
(3.4)开始惯性平台静态漂移测试，摇摆台不动，惯性平台等待60...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜欢，赵军虎，张金云，石涛，包诗林，
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