一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法技术

本发明专利技术属于惯性仪器标定测试领域，一种陀螺飞轮标定基准的误差溯源分析方法。步骤1：分析测试转台

【技术实现步骤摘要】
一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法


[0001]本专利技术涉及惯性仪器标定测试
，具体涉及一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法。

技术介绍

[0002]陀螺飞轮是一种用于微小航天器姿态控制的执行器/敏感器一体化装置。陀螺飞轮在运行过程中受到干扰力矩的作用而产生漂移误差，进行多位置标定试验是实现漂移误差辨识与补偿的重要手段。在标定试验中，利用测试设备(两轴测试转台)与陀螺飞轮搭建标定系统为陀螺飞轮提供标定基准，而标定系统的多种非理想因素会直接导致标定基准误差，从而影响标定精度，制约陀螺飞轮的姿态敏感性能的提升。因此溯源标定系统的多种误差因素对标定基准误差的影响，对于优化标定方案、保证标定精度、提升陀螺飞轮姿态敏感性能具有重要作用。
[0003]目前对于陀螺飞轮标定基准误差的溯源分析研究较为缺乏。领域内的相关研究主要是针对传统惯性仪器，较少涉及陀螺飞轮这种新型惯性仪器，而且现有方法多局限于单个误差因素或部分误差因素的讨论，未能揭示多因素共同作用下的误差传递机理，且缺乏具有一般性的定量分析方法与关键误差因素的溯源方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，用以解决标定系统误差因素多、误差传递非线性、误差变化范围大的问题，通过定量分析实现关键误差的溯源。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，所述溯源分析方法包括以下步骤：
[0007]步骤1：分析测试转台
‑r/>陀螺飞轮标定系统的所有误差因素，基于分析的误差因素，定义坐标系对其进行数学描述；
[0008]步骤2：基于步骤1定义的坐标系，建立陀螺飞轮相对于惯性坐标系的位姿变换矩阵；
[0009]步骤3：基于步骤2的位姿变换矩阵，建立标定系统的误差传递模型；
[0010]步骤4：基于步骤3的标定系统的误差传递模型，分析标定系统的误差灵敏度；
[0011]步骤5：基于步骤4分析的误差灵敏度，实现标定系统的关键误差因素溯源。
[0012]一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，所述步骤1具体为，依据测试转台
‑
陀螺飞轮标定系统的组成结构，将系统分割成四个子环节：转台外环、转台内环、转台内外环连接处、转台内环与陀螺飞轮连接处，逐环节细化分析确定标定系统的误差因素。
[0013]一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，所述步骤1定义的坐标系具体为，基座坐标系F0:O0X0Y0Z0与转台基座固联，其Y轴与外环平均轴线一致；外环坐标系F1:O1X1Y1Z1由F0绕Y轴转φ1后，再依次绕其Y轴和中间系Z轴、X轴转Δφ
y1
、Δα
z1
和Δα
x1
得到；内环参考坐标系F2:O2X2Y2Z2由F1沿X轴平移Δη，然后依次绕中间系Y轴和X轴转Δε
y
、Δε
x
得到；内环坐标系
F3:O3X3Y3Z3由F2绕Z轴转φ2后，再依次绕Y轴和中间系Z轴、X轴转Δα
y2
、Δφ
z2
和Δα
x2
得到；陀螺飞轮体坐标系F4:O4X4Y4Z4由F3依次绕Y轴和中间系Z轴、X轴转Δθ
y
、Δθ
z
和Δθ
x
得到。
[0014]一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，所述步骤2具体为，根据多刚体运动学理论建立相邻坐标系F
i
和F
i+1
间的相对位姿变换矩阵
i
T
i+1
,i∈{0,
…
,3}如公式所示：
[0015][0016]其中
[0017][0018]记φ＝[φ1,φ2]T
为转台转角向量，χ为引起转台负载端姿态误差的误差参数向量，χ＝[Δφ
y1
,Δφ
z2
,Δα
x1
,Δα
z1
,Δα
x2
,Δα
y2
,Δε
x
,Δε
y
,Δθ
x
,Δθ
y
,Δθ
z
]T
，按照公式(3)计算得到理想情况下陀螺飞轮相对于惯性坐标系的位姿变换矩阵：
[0019][0020]按照公式(4)计算得到多误差因素作用下陀螺飞轮相对于惯性坐标系的位姿变换矩阵：
[0021][0022]一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，所述步骤3具体为，按照公式计算多误差因素引起的陀螺飞轮姿态误差矩阵：
[0023][0024]式中
[0025]将转角位置和误差参数值代入公式，可以计算三轴重力加速度分量和两轴地球自转角速度分量共五个标定基准量误差：
[0026][0027]式中ω
e
为地球自转角速度，λ为试验地点纬度；公式(6)即为标定系统的误差传递模型。
[0028]一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，所述步骤4具体为，依据所建立的标定系统误差传递模型，基于Sobol法对标定系统进行全局误差灵敏度分析；记n
χ
和n
r
分别表示误差因素和标定基准量的个数；n
χ
＝11，n
r
＝5。对于i∈{1,2,
…
,n
χ
}，j∈{1,2,
…
,n
r
}，采用蒙特卡洛仿真计算得到第i个误差因素，将对应第j个标定基准的误差传递函数简记为f
j
(χ)。
[0029]一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，所述步骤4具体包含以下步骤：
[0030]步骤4.1：设定采样样本数N，设定转台转角φ；
[0031]步骤4.2：在误差参数空间内进行蒙特卡洛随机采样，根据工程实际设定参数空间为生成N
×
n
χ
维采样矩阵A和重采样矩阵B；
[0032]步骤4.3：初始化i＝1,j＝1；
[0033]步骤4.4：按照公式计算
[0034][0035]式中f
jk
表示将第k个采样点代入误差传递函数f
j
得到的输出值，表示将A的第i列替换为B的第i列，表示将B的第i列替换为A的第i列；
[0036]步骤4.5：按照公式计算第i个误差因素对于第j个标定基准误差的灵敏度系数
[0037][0038]步骤4.6：若i＜n
χ
，则令i＝i+1，跳转到步骤4.4；若i＝n
χ
，且j＜n
r
，则令i＝1，j＝j
+1，跳转到步骤4.4；若i＝n
χ
，且j＝n
r
，结束运算输出灵敏度系数。
[0039]一种陀螺飞轮标定基准误差溯源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，其特征在于，所述溯源分析方法包括以下步骤：步骤1：分析测试转台
‑
陀螺飞轮标定系统的所有误差因素，基于分析的误差因素，定义坐标系对其进行数学描述；步骤2：基于步骤1定义的坐标系，建立陀螺飞轮相对于惯性坐标系的位姿变换矩阵；步骤3：基于步骤2的位姿变换矩阵，建立标定系统的误差传递模型；步骤4：基于步骤3的标定系统的误差传递模型，分析标定系统的误差灵敏度；步骤5：基于步骤4分析的误差灵敏度，实现标定系统的关键误差因素溯源。2.根据权利要求1所述一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，其特征在于，所述步骤1具体为，依据测试转台
‑
陀螺飞轮标定系统的组成结构，将系统分割成四个子环节：转台外环、转台内环、转台内外环连接处、转台内环与陀螺飞轮连接处，逐环节细化分析确定标定系统的误差因素。3.根据权利要求2所述一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，其特征在于，所述步骤1定义的坐标系具体为，基座坐标系F0:O0X0Y0Z0与转台基座固联，其Y轴与外环平均轴线一致；外环坐标系F1:O1X1Y1Z1由F0绕Y轴转φ1后，再依次绕其Y轴和中间系Z轴、X轴转Δφ
y1
、Δα
z1
和Δα
x1
得到；内环参考坐标系F2:O2X2Y2Z2由F1沿X轴平移Δη，然后依次绕中间系Y轴和X轴转Δε
y
、Δε
x
得到；内环坐标系F3:O3X3Y3Z3由F2绕Z轴转φ2后，再依次绕Y轴和中间系Z轴、X轴转Δα
y2
、Δφ
z2
和Δα
x2
得到；陀螺飞轮体坐标系F4:O4X4Y4Z4由F3依次绕Y轴和中间系Z轴、X轴转Δθ
y
、Δθ
z
和Δθ
x
得到。4.根据权利要求2所述一种陀螺飞轮标定基准误差溯源分析方法，其特征在于，所述步骤2具体为，根据多刚体运动学理论建立相邻坐标系F
i
和F
i+1
间的相对位姿变换矩阵
i
T
i+1
,i∈{0,
…
,3}如公式所示：其中
记φ＝[φ1,φ2]
T
为转台转角向量，χ为引起转台负载端姿态误差的误差参数向量，χ＝[Δφ
y1
,Δφ
z2
,Δα
x1
,Δα
z1
,Δα
x2
,Δα
y2
,Δε
x
,Δε
y
,Δθ
x
,Δθ
y
,Δθ
z
]
T
，按照公式(3)计算得到理想情况下陀螺飞轮相对于惯性坐标系的位姿变换矩阵：按照公式(4)计算得到多误差因素作用下陀螺飞轮相对于惯性坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵昱宇，王雨潇，朱云阳，丰航，李冠璁，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：