本发明专利技术公开了一种精密离心测量装置陀螺仪和石英加速度计系统标定方法，针对精密离心测量装置中三轴陀螺仪和单轴待测加速度计的特定情况，建立系统误差模型，设计误差标定方法，提高测量结果准确度，为加速度计测试提供更精确的加速度基准，减小对离心机的精度要求。所述标定方法包括步骤：将三轴陀螺分别指天，以固定角速率绕天向轴正反转，记录陀螺输出；将三轴陀螺翻转六个位置，记录陀螺及加速度计输出；测得相应输出后计算得到陀螺仪零偏、标度因数和安装误差，加速度计零偏、安装角度；计算得到加速度基准值。该标定方法便于实现，在现有转台精度下，能够保证对三轴陀螺和单轴加表惯导系统的标定精度，具有较强的实用性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
精密离心测量装置陀螺仪和石英加速度计系统标定方法
[0001]本专利技术涉及一种适用于精密离心测量装置中三轴陀螺仪和石英加速度计的坐标转换与误差标定方法，更特别地说，是指针对离心装置应用背景下的惯组进行高精度误差标定的方法，属于惯性传感器测量、惯导系统误差标定领域。
技术介绍
[0002]石英挠性加速度计是一种力平衡式闭环伺服控制加速度计，具有结构简单、测量精度高的特点，广泛应用于各类惯性导航系统当中。在石英挠性加速度计设计与制造过程中，常关注其量程、耐过载能力、二次项系数等多项指标，根据GJB1037A
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2004规定，上述多项指标的测量均需用到精密离心机。为了更精确测量离心机提供的加速度，提出将三轴高精度光纤陀螺安装在离心机上，形成一套精密离心测量装置，由光纤陀螺对离心机旋转角速度进行测量。考虑到光纤陀螺和待测加速度计均存在零偏误差、标度因数误差、安装误差等误差项，因此要将待测加速度计敏感轴统一到陀螺组坐标系上，并对所提到的误差项进行标定，以提高测量准确度。
[0003]标定技术通常分为分立式标定和系统级标定。其中，系统级标定需要利用系统导航结果进行滤波分析，在本专利技术中仅设置了三轴陀螺，并没有完整的惯性测量单元，无法输出有效的导航信息，因此系统级标定方法不可用；分立式标定主要依托转台为系统提供标准输入信息，对测试设备的精度要求较高，由于本专利技术应用背景下要求标定精度较高，因此有必要分析转台误差对于标定结果的影响，并通过标定路径设计尽可能减小影响。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是针对精密离心测量装置中三轴陀螺仪和单轴待测加速度计的特定情况，建立系统误差模型，设计误差标定方法，提高测量结果准确度，为加速度计测试提供更精确的加速度基准，减小对离心机的精度要求。
[0005]为实现上述目的，基于对误差模型的分析，设计了一种包含六位置静态试验和三位置速率试验的标定方法，能够在考虑转台误差的情况下以最简位置标定出三轴陀螺仪及待测加表的零偏、标度因数和安装误差。具体方案如下：
[0006]一种精密离心测量装置陀螺仪和石英加速度计系统标定方法，包括以下步骤：
[0007]S1，进行陀螺仪转动标定，得到三轴陀螺输出；
[0008]S2，进行陀螺仪和待测加速度计静态位置标定，得到陀螺和加速度计输出；
[0009]S3，基于步骤S1和S2得到的数据进行误差估计，得到陀螺仪及加速度计零偏、陀螺仪标度因数及安装误差、加速度计安装角；
[0010]S4，基于步骤S3得到的数据计算完成陀螺仪和加速度计的系统标定，得到加速度计理论输出值，为精密离心测试提供基准值。
[0011]进一步，所述步骤S1包括以下子步骤：
[0012]S1.1将z轴陀螺指向天，以固定角速率ω绕天向轴正转n周，记录三轴陀螺输出并
分别求均值，记为
[0013]以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为
[0014]S1.2将x轴陀螺指向天，以固定角速率ω绕天向轴正转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为
[0015]以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为
[0016]S1.3将y轴陀螺指向天，以固定角速率ω绕天向轴正转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为
[0017]以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为
[0018]进一步，所述步骤S2包括以下子步骤：
[0019]S2.1将x、y、z轴转至“东
‑
北
‑
天”位置，采集3min静态下陀螺和加速度计输出，并求数据平均值分别记为
[0020]S2.2将x、y、z轴转至“西
‑
南
‑
天”位置，采集3min静态下陀螺和加速度计输出，并求数据平均值分别记为
[0021]S2.3将x、y、z轴转至“北
‑
东
‑
地”位置，采集3min静态下陀螺和加速度计输出，并求数据平均值分别记为
[0022]S2.4将x、y、z轴转至“南
‑
西
‑
地”位置，采集3min静态下陀螺和加速度计输出，并求数据平均值分别记为
[0023]S2.5将x、y、z轴转至“天
‑
东
‑
北”位置，采集3min静态下加速度计输出，并求数据平均值记为
[0024]S2.6将x、y、z轴转至“地
‑
北
‑
东”位置，采集3min静态下加速度计输出，并求数据平均值记为
[0025]进一步，所述陀螺仪及加速度计零偏为
[0026][0027][0028]其中，ε
x
、ε
y
、ε
z
表示陀螺仪零偏，
▽
A
表示加速度计零偏；
[0029]所述陀螺仪标度因数及安装误差为
[0030][0031][0032][0033]其中，S
mn
(m,n＝x,y,z)为陀螺仪安装误差因子；K
gx
、K
gy
、K
gz
表示陀螺仪标度因数；
[0034]所述加速度计安装角为
[0035][0036][0037]其中，σ1为待测加速度计敏感轴与陀螺仪三轴正交坐标系xOy平面夹角，σ2为待测加速度计敏感轴在xOy平面投影与y轴夹角。
[0038]进一步，所述加速度计理论输出值为
[0039][0040]其中，N
A0
为加速度计输出值，N
gx
、N
gy
、N
gz
为补偿误差后的角速度，R为加速度所在位置距离心机转动中心的距离，由激光测距测出。
[0041]本专利技术的优点在于：针对特殊的三轴陀螺与单轴加表惯导系统，设计了一组实验室状态快速标定方法，完成器件误差及安装误差的标定。同时，考虑到高精度标定的应用背景，本专利技术还对转台角位置误差进行了建模，通过仿真试验分析了现有高精度转台的误差对标定结果的影响情况，验证了实际应用状态的标定残差结果。仿真实验结果表明，该标定方法位置较少、便于实现，在现有转台精度下，该方法能够保证对三轴陀螺和单轴加表惯导系统的标定精度，具有较强的实用性。
附图说明
[0042]图1是转速测量部分的相对位置关系。
[0043]图2是陀螺仪安装误差示意图。
[0044]图3是加速度计安装角示意图。
[0045]图4是精密离心测量装置陀螺仪和石英加速度计系统标定方法的流程图。
[0046]图5三位置旋本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种精密离心测量装置陀螺仪和石英加速度计系统标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，进行陀螺仪转动标定，得到三轴陀螺输出；S2，进行陀螺仪和待测加速度计静态位置标定，得到陀螺和加速度计输出；S3，基于步骤S1和S2得到的数据进行误差估计，得到陀螺仪及加速度计零偏、陀螺仪标度因数及安装误差、加速度计安装角；S4，基于步骤S3得到的数据计算完成陀螺仪和加速度计的系统标定，得到加速度计理论输出值，为精密离心测试提供基准值。2.根据权利要求1所述的精密离心测量装置陀螺仪和石英加速度计系统标定方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：S1.1将z轴陀螺指向天，以固定角速率ω绕天向轴正转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为S1.2将x轴陀螺指向天，以固定角速率ω绕天向轴正转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为S1.3将y轴陀螺指向天，以固定角速率ω绕天向轴正转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为以相同角速率绕天向轴反转n周，记录三轴陀螺输出并分别求均值，记为3.根据权利要求2所述的精密离心测量装置陀螺仪和石英加速度计系统标定方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：S2.1将x、y、z轴转至“东
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北
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天”位置，采集3min静态下陀螺和加速度计输出，并求数据平均值分别记为S2.2将x、y、z轴转至“西
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南
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天”位置，采集3min静态下陀螺和加速度计输出，并求数据平均值分别记为S2.3将x、y、z轴转至“北
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东
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春熹，马孟奇，冉龙俊，黄婉莹，朱志方，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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