本发明专利技术属于传感器测量技术领域，具体涉及一种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法，通过三轴高速转台模拟自旋载体工作条件，对不同滚转角速率条件下的滚转角输出数据特性进行分析，建立误差模型，确定自旋惯导的滚转角误差补偿系数，对自旋惯导滚转角误差进行补偿。这种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法，能够精确表征产品高速滚转条件下滚转角测量误差与转速之间的关联特性；按此系数进行滚转角误差修正后，自旋惯导滚转角测量误差有了非常明显的降低，采用这种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法大幅度提升了惯导产品的位置及姿态测量精度。了惯导产品的位置及姿态测量精度。
【技术实现步骤摘要】
一种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法
[0001]本专利技术属于传感器测量
，涉及高速自旋转载体使用的惯性导航系统(简称自旋惯导)，特别是大量程微机电(MEMS)陀螺仪和加速度计构成的惯性导航系统，具体涉及一种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法。
技术介绍
[0002]MEMS自旋惯导是一种符合高转速大过载工作条件的姿态、位置测量系统，适用于定基座短程高速滚转飞行载体的测量控制。自旋载体设计转速超过80000
°
/s，发射过载约200g，飞行时间一般在几十秒到数分钟。考虑到自旋载体航程短、体积小及成本受限等因素，其惯导系统一般采用MEMS传感器来搭建。
[0003]和普通惯导相比较，自旋惯导经过传统的系统标定后，虽然传感器本身测量精度和IMU安装误差的提升，对测量精度的影响大大降低，但由于滚转角速率很大，相应的陀螺仪标度因数误差和产品二次安装交叉耦合误差仍然会对姿态(偏航角、滚转角和俯仰角)测量带来较大的误差，特别是其中的滚转角误差。
[0004]MEMS自旋惯导的滚转角是通过对角速率测量值进行姿态解算而来的，这种算法本质上是将载体系角速率投影到导航系并不断积分。通常MEMS陀螺仪安装误差标定所能修正的误差最高在千分之一左右，以此估算，如果滚转角速率等于8000
°
/s，每秒钟产生的滚转角误差可以达到8
°
，而且误差随时间不断发散。滚转角误差的扩大，会对导航坐标系位置解算产生致命的投影折算误差，导致惯导位置测量结果无法满足实际使用要求，因此，需要对惯导装置的滚转角误差进行测定和补偿，减少滚转角误差发散速率，保证惯导装置的滚转角误差系数满足测量精度要求。
技术实现思路
[0005]本专利技术实施方式的目的在于对惯导装置的滚转角误差进行测定和补偿，减少滚转角误差发散速率，保证惯导装置的滚转角误差系数满足测量精度要求。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：将待测定补偿的自旋惯导装置安装在高速三轴转台上，使自旋惯导装置的滚转轴、俯仰轴、航向轴分别与高速三轴转台的内框轴、中框轴、外框轴重合，自旋惯导装置的滚转角处于0～80
°
范围内、俯仰角初值为0
°
、航向角为0
°
；
[0008]步骤二：高速三轴转台静止条件下，自旋惯导装置上电对准，此时测量记录自旋惯导装置开始导航时刻的滚转角零位值Φ0；
[0009]步骤三：根据全角速率量程通过等分原则，设置高速三轴转台分别在不同的滚转轴角速率下进行滚转试验，得到不同滚转轴角速率条件下的滚转角误差系数；
[0010]步骤四：将步骤三得到的不同滚转轴角速率条件下的滚转角误差系数，以角速率ω为自变量进行二次多项式曲线拟合，获得全速率范围滚转角误差增量的二次多项式；
[0011]步骤五：根据步骤四得到的二次多项式，对自旋惯导装置进行单个时间间隔内的滚转角误差增量的计算和总误差的叠加，最终计算得出滚转角输出补偿，在自旋惯导软件中对自旋惯导装置进行滚转角补偿；
[0012]步骤六：滚转角输出补偿完成后，重复进行步骤三和步骤四进行补偿有效性测量验证，直至滚转角误差系数进行补偿后得到的滚转角误差增量二次多项式系数满足精度指标要求。
[0013]所述的步骤三中选取的不同的滚转轴角速率分别为全角速率量程的
±ꢀ
2000
°
/s、
±
4000
°
/s、
±
6000
°
/s、
±
8000
°
/s、
±
10000
°
/s 10个角速率点。
[0014]所述的步骤三具体操作过程如下：
[0015]首先设置高速三轴转台滚转轴角速率为ω1＝2000
°
/S，在高速三轴转台静止条件下给自旋惯导装置上电，自旋惯导装置完成对准后启动高速三轴转台，转台旋转过程中记录自旋惯导装置的输出数据，计时1分钟时立即停转高速三轴转台，并使得高速三轴转台滚转轴回零，待高速三轴转台滚转轴回零后断电，记录此时自旋惯导装置输出的滚转角值，然后计算出本次角速率为ω1＝2000
°
/S 条件下的滚转角误差系数；
[0016]依次分别设置高速三轴转台滚转轴角速率为
±
2000
°
/s、
±
4000
°
/s、
±ꢀ
6000
°
/s、
±
8000
°
/s、
±
10000
°
/s，进行上述滚转试验过程，得到不同角速率下的滚转角误差系数。
[0017]所述的滚转角误差系数的计算通过以下公式进行得出：
[0018]A＝(Φ
‑
Φ0)/Φ
IN
[0019]其中：A为滚转角误差系数，Φ为转台回零后自旋惯导装置输出的滚转角值，Φ0为滚转角零位值，Φ
IN
为转台1分钟转过的总角度。
[0020]所述的步骤四中的曲线拟合，按照公式A
ω
＝aω2+bω+c所示的二次多项式模型进行以角速率ω为自变量的曲线拟合，获得全速率范围滚转角误差二次多项式，其中：A
ω
为滚转角误差增量，ω为滚转角速率，a为二次项系数，b为一次项系数，c为常系数。
[0021]所述的步骤五中，滚转角输出补偿通过以下公式进行计算：
[0022][0023]其中Φ
n'
为补偿后输出滚转角，Фn为n时刻自旋惯导装置输出滚转角，为n时刻以前的第K个时间段滚转角误差增量，ω
k
为第K个时间点的滚转角速率测量值。
[0024]本专利技术的有益效果如下：
[0025]应用本专利技术的这种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法，能够精确表征产品高速滚转条件下滚转角测量误差与转速之间的关联特性。按此系数进行滚转角误差修正后，MEMS的自旋惯导滚转角的1min工作时间滚转角测量误差有了非常明显的降低。经过8000
°
/s滚转对比测试，在产品1min滚转角范围达到约480000
°
的条件下，滚转角测量误差可由原来的80
°
减小到3
°
左右，所以采用这种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法大幅度提升了惯导产品的位置及姿态测量精度。
[0026]为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
[0027]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭示的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将待测定补偿的自旋惯导装置安装在高速三轴转台上，使自旋惯导装置的滚转轴、俯仰轴、航向轴分别与高速三轴转台的内框轴、中框轴、外框轴重合，自旋惯导装置的滚转角处于0～80
°
范围内、俯仰角初值为0
°
、航向角为0
°
；步骤二：高速三轴转台静止条件下，自旋惯导装置上电对准，此时测量记录自旋惯导装置开始导航时刻的滚转角零位值Φ0；步骤三：根据全角速率量程通过等分原则，设置高速三轴转台分别在不同的滚转轴角速率下进行滚转试验，得到不同滚转轴角速率条件下的滚转角误差系数；步骤四：将步骤三得到的不同滚转轴角速率条件下的滚转角误差系数，以角速率ω为自变量进行二次多项式曲线拟合，获得全速率范围滚转角误差增量的二次多项式；步骤五：根据步骤四得到的二次多项式，对自旋惯导装置进行单个时间间隔内的滚转角误差增量的计算和总误差的叠加，最终计算得出滚转角输出补偿，再对自旋惯导装置进行滚转角补偿；步骤六：滚转角输出补偿完成后，重复进行步骤三和步骤四进行补偿有效性测量验证，直至滚转角误差系数进行补偿后得到的滚转角误差增量二次多项式系数满足精度指标要求。2.如权利要求1所述的自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法，其特征在于，所述的步骤三中选取的不同的滚转轴角速率分别为全角速率量程的
±
2000
°
/s、
±
4000
°
/s、
±
6000
°
/s、
±
8000
°
/s、
±
10000
°
/s 10个角速率点。3.如权利要求2所述的自旋惯导装置的滚转角误差系数测定补偿方法，其特征在于，所述的步骤三具体操作过程如下：首先设置高速三轴转台滚转轴角速率为ω1＝2000
°
/S，在高速三轴转台静止条件下给自旋惯导装置上电，自...
【专利技术属性】
技术研发人员：田新兴，张小莉，王凯，李可心，张晓晔，
申请(专利权)人：中船重工西安东仪科工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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