专利名称：一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法
技术领域：
本发明涉及的是一种测量方法，尤其涉及的是一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法。
背景技术：
捷联惯导系统标定主要是系统中的惯性仪表标定。光纤陀螺仪是捷联惯导系统中的主要惯性仪表，它是系统硬件中最关键的部件，陀螺仪敏感载体的姿态角速率，其性能直接关系到系统的一系列性能指标。惯性仪表的误差是影响惯性系统精度的主要因素。因此 提高惯性仪表的精度是高精度的惯导系统产生的必要条件。目前，为了提高惯性仪表的精度，主要有硬件、软件两条途径，硬件方面一是对原有惯性仪表从物理结构及工艺上进行改进，二是研究开发新型的、性能更为优越的惯性仪表。软件方面是对惯性仪表进行测试，建立误差模型方程，通过误差补偿来提高仪表的实际使用精度。然而，单靠改进仪表的设计来 提高惯性仪表的精度在加工、制造、装配及调试中遇到的困难越来越多，成本也越来越高。因此利用软件补偿来提高实际使用精度成为一条可行的途径。这样，惯性仪表和惯性系统的测试技术的重要日益突出，根据测试数据，通过误差补偿措施提高使用精度，这个过程也就是标定。标定技术本质上是一种误差补偿技术。所谓误差补偿技术就是建立惯性元件的误差数学模型，通过一定的试验来确定模型系数，进而通过软件算法来消除误差。目前惯性元件的标定技术已经比较成熟，系统标定指从惯导系统精度出发，考虑到由惯性元件构成惯导系统时安装轴向不垂直以及载体运动环境的复杂恶劣性等因素的影响，建立惯性元件的误差数学模型，最后实现误差补偿的过程。系统级标定则利用陀螺仪和加速度计的输出进行导航解算，以导航误差作为观测量来标定系统的误差参数。标定技术又存在着多种分类方法。根据标定的场所不同可以分为内场标定和外场标定，这是标定的两个不同阶段，内场标定是外场标定的基础。根据标定的层次可以分为元件标定和系统标定。系统标定根据观测量的不同又可以分为分立标定法和系统级标定法。但是，随着光纤陀螺捷联惯导系统的发展，捷联惯导系统对光纤陀螺标定的要求越来越高，传统的标定方法引进了较大的转位机构速率误差和标定参数耦合误差，已不再满足高精度光纤陀螺组件标定的要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法。本发明的技术解决方案为一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法，其特征在于实际工作环境中载体姿态信息未知，通过利用旋转机构设计八位置标定路径，分离光纤陀螺仪误差参数之间的耦合影响并激励出光纤陀螺组件误差模型的12个误差系数，以此实现对光纤陀螺误差参数的现场标定。其具体步骤如下
(I)将光纤陀螺组件紧固于双轴转位机构的台面，并对转位机构进行台面调平和侧面调平，保证陀螺仪坐标系与转位机构坐标系重合，实验开始前调整转位机构使其平行于当地水平面；(2)利用全球定位系统GPS确定载体的初始位置参数，将它们装订至导航计算机中；(3)捷联惯导系统进行预热准备，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据并对数据进行处理；(4)建立光纤陀螺仪简略误差模型；光纤陀螺与机械陀螺不同，通过光的传输来敏感角速度的变化，不需要任何转动部件，是一种真正的全固态陀螺，其性能从理论上不受加速度的影响。因此，光纤陀螺的主要误差源包括标度因数误差、安装误差和零位误差，其误差模型为
权利要求
1.一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法，其特征在于包括以下步骤(1)将光纤陀螺组件紧固于双轴转位机构的台面，并对转位机构进行台面调平和侧面调平，保证陀螺仪坐标系与转位机构坐标系重合，实验开始前调整转位机构使其平行于当地水平面；(2)利用全球定位系统GPS确定载体的初始位置参数，将它们装订至导航计算机中；(3)捷联惯导系统进行预热准备，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据并对数据进行处理；(4)建立光纤陀螺仪简略误差模型；光纤陀螺与机械陀螺不同，通过光的传输来敏感角速度的变化，不需要任何转动部件， 是一种真正的全固态陀螺，其性能从理论上不受加速度的影响。因此，光纤陀螺的主要误差源包括标度因数误差、安装误差和零位误差，其误差模型为
2.根据权利要求I所述的一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法，其特征在于建立光纤陀螺仪简略误差模型，具体包括如下步骤光纤陀螺与机械陀螺不同，通过光的传输来敏感角速度的变化，不需要任何转动部件， 是一种真正的全固态陀螺，其性能从理论上不受加速度的影响。因此，光纤陀螺的主要误差源包括标度因数误差、安装误差和零位误差，其误差模型为
3.根据权利要求I所述的一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法，其特征在于利用加速度计敏感的重力加速度分量确定出载体水平姿态角，具体包括如下步骤当载体相对导航坐标系存在固定姿态角时，可建立载体坐标系与导航坐标系转换矩阵 C。捷联矩阵中元素CijQ, j = 1,2,3)可表示为
4.根据权利要求I所述的一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法，其特征在于利用转位机构设计八位置转位方案，具体包括如下步骤根据三轴光纤陀螺组件静态误差数学模型，设计八位置标定方案标定高精度光纤陀螺，按照本发明所设计的标定方案编定转位机构的转位程序，在工控机上设定转位机构控制程序，调用工控机转位机构程序实现对转位机构按如下具体转位方案进行控制初始时刻IMU坐标系与载体坐标系重合，即IMU处于位置1，然后绕Zb轴分别正向转位 90°依次得到位置2、位置3、位置4;将位置I绕yb轴正向转位180°得到位置5 ;在位置5 的基础上绕Zb轴分别正向转位90°依次得到位置6、位置7、位置8。
5.根据权利要求I所述的一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法，其特征在于利用Matlab软件对计算机采集的陀螺组件在各个位置上的输出数据进行处理，得到陀螺组件的各项误差参数，具体包括如下步骤根据光纤陀螺误差模型及MU相对载体固定的八个位置处陀螺仪输入输出，得到光纤陀螺仪在八个位置下的表达式位置I :
全文摘要
本发明提供的是一种基于旋转机构的光纤陀螺八位置标定方法。将光纤陀螺组件紧固于转位机构的台面，并对转位机构进行台面调平和侧面调平，保证陀螺仪坐标系与转位机构坐标系重合；通过GPS确定载体的初始位置参数，并装订至导航计算机中；捷联惯导系统进行预热准备，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据并对数据进行处理；利用加速度计敏感的重力加速度分量确定出载体水平姿态角；建立光纤陀螺仪简略误差模型；利用双轴转位机构设计八位置转位方案；采用Matlab软件对计算机采集的陀螺组件在各个位置上的输出数据进行处理，得到陀螺组件的各项误差参数。本发明利用转位机构提供的八位置标定方法可以准确的计算出光纤陀螺仪的各个误差系数，在载体姿态未知条件下完成对光纤陀螺仪的短时间、高精度标定工作。
文档编号G01C25/00GK102692239SQ20121019456
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者孙伟, 徐爱功, 杨琳, 高扬 申请人:辽宁工程技术大学