一種用于中低精度的光纖慣組快速標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于中低精度的光纖慣組快速標(biāo)定方法，屬于慣性測量技術(shù)領(lǐng)域。本方法根據(jù)設(shè)計的標(biāo)定路徑控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動慣性測量單元，依次測量東北天方位、地北東方位、地東南方位和東天南方位的輸出數(shù)據(jù)以及方位轉(zhuǎn)換過程中的輸出數(shù)據(jù)；再通過光纖陀螺和加速度計的數(shù)學(xué)模型，標(biāo)定光纖陀螺和加速度計的標(biāo)度因數(shù)和零偏。本發(fā)明可在短時間內(nèi)較精確地標(biāo)定出光纖陀螺零偏和比例因子以及加速度計零偏和比例因子共十二個誤差系數(shù)，標(biāo)定效率高、簡單易行，適合于批量生產(chǎn)的中低精度光纖慣組的快速標(biāo)定，同時可促進(jìn)其他中低精度慣性器件的推廣應(yīng)用。
【專利說明】
一種用于中低精度的光纖慣組快速標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明是一種標(biāo)定方法，涉及慣性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中低精度光纖慣性測 量單元的快速標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 慣性測量單元(IMU)由中、低精度光纖陀螺和石英撓性加速度計構(gòu)成，其在軍民領(lǐng) 域有著很廣泛的應(yīng)用，如直升機、無人機、空空導(dǎo)彈、攝像穩(wěn)定系統(tǒng)等。日本的JEA、美國的 HoneywelULitton等公司已批量生產(chǎn)多種級別的光纖陀螺，在干涉型光纖陀螺的實用化， 特別是中、低精度等級光纖陀螺的實用化方面走在世界前列。中、低精度的光纖陀螺進(jìn)入產(chǎn) 品化階段，在軍用民用領(lǐng)域如航空航天、汽車工業(yè)、機電工業(yè)、電子技術(shù)、控制科學(xué)和信息科 技等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。
[0003] 慣性測量單元在成品之后，必須要對其進(jìn)行誤差項的標(biāo)定。標(biāo)定技術(shù)本質(zhì)是一種 誤差補償技術(shù)，即建立慣性組件測量誤差的準(zhǔn)確模型，并合理的設(shè)計實驗來激勵慣性組件 的誤差源，使得各誤差系數(shù)都能被確定，最終通過對慣性組件的輸出進(jìn)行軟件補償來減小 慣性組件的誤差。
[0004] 慣性器件的誤差是慣導(dǎo)系統(tǒng)的主要誤差源，提高慣性器件的精度是慣導(dǎo)系統(tǒng)研制 的核心。對慣性器件進(jìn)行誤差補償是提高慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航精度的有效途徑。誤差補償?shù)年P(guān)鍵 是準(zhǔn)確的取得誤差的參數(shù)值，誤差標(biāo)定則是誤差補償?shù)那疤帷T性器件的性能，尤其是零偏 和標(biāo)度因數(shù)隨著使用環(huán)境變化較大，此時必須要用軟件補償?shù)姆椒凑`差補償，提高慣性 器件的精度，提高穩(wěn)定性。標(biāo)定技術(shù)是用于確定慣性器件主要性能參數(shù)的測試技術(shù)。標(biāo)定的 前提是建立輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，為了分離和計算有關(guān)的慣性儀表的參數(shù)，就需要做 精密的測試和測量。通過分離和計算有關(guān)的慣性儀表的參數(shù)，利用專門的測試設(shè)備，標(biāo)定出 儀表和系統(tǒng)的誤差項，并代入陀螺和加速度計的模型中，并在導(dǎo)航解算過程中加以補償，可 以有效提高導(dǎo)航精度。慣性器件誤差是慣性系統(tǒng)最根本的誤差源。按模型對慣性器件誤差 進(jìn)行測量與校正是提高慣性器件精度的一條十分有效的技術(shù)途徑。測試結(jié)果是慣性器件性 能評價的主要依據(jù)。
[0005] 目前，國內(nèi)第二炮兵裝備研究院，國防科技大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，北京理工大 學(xué)等院校運用不同的方案對慣性器件進(jìn)行標(biāo)定，主要有六位置、十二位置、二十四位置標(biāo)定 等位置標(biāo)定方法。常規(guī)標(biāo)定方法標(biāo)定位置多，標(biāo)定時間長;數(shù)據(jù)量大，需要記錄的數(shù)據(jù)多;數(shù) 據(jù)處理方法復(fù)雜，計算量大。針對大批量生產(chǎn)的慣性測量單元，需要探索新的快速標(biāo)定方法 來滿足中、低精度光纖慣組產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求。發(fā)明一種對中、低精度光纖慣組快速標(biāo)定 方法具有一定的工程意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有標(biāo)定方法數(shù)據(jù)量大，標(biāo)定時間長的問題，本發(fā)明提供了一種用于中 低精度的光纖慣組快速標(biāo)定方法。
[0007] 本發(fā)明提供的用于中低精度的光纖慣組快速標(biāo)定方法，在安裝好光纖慣組的測試 裝置后，然后進(jìn)行如下步驟：
[0008] 步驟一，設(shè)定光纖慣組輸出數(shù)據(jù)的采樣時間間隔和采樣次數(shù)；
[0009] 步驟二，標(biāo)記光纖慣組的4種方位狀態(tài)為：1位置為東北天方位，2位置為地北東方 位，3位置為地東南方位，4位置為東天南方位;執(zhí)行下面步驟a~g;
[0010] 步驟a，控制轉(zhuǎn)臺，使光纖慣組置于1位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，采集光纖慣組處于靜態(tài)測試 lmin的數(shù)據(jù)，求出該狀態(tài)下陀螺儀及加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值；
[0011]步驟b，以5°/s繞1位置的y軸正向旋轉(zhuǎn)90°，采集X軸陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至2位置，求 出該輸入角速度下y軸光纖陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值；
[0012]步驟c，在2位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，采集光纖慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，求出該狀態(tài)下陀螺 儀及加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值；
[0013]步驟d，以5° /s繞2位置的X軸正向旋轉(zhuǎn)90°，采集X軸陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至3位置，求 出該輸入角速度下X軸光纖陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值；
[0014]步驟e，在3位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，采集光纖慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，求出該狀態(tài)下陀螺 儀及加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值；
[0015]步驟f，以5°/s繞3位置的z軸正向旋轉(zhuǎn)90°，采集z軸陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至4位置，求 出該輸入角速度下y軸光纖陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值；
[0016] 步驟g，在4位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，采集光纖慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，求出該狀態(tài)下陀螺 儀及加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值。
[0017] 步驟三，根據(jù)所采集的輸出數(shù)據(jù)，通過光纖陀螺和加速度計的數(shù)學(xué)模型，標(biāo)定光纖 陀螺和加速度計的標(biāo)度因數(shù)和零偏。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于:本發(fā)明結(jié)合長期光纖慣組測試的實際經(jīng)驗，目的 是提高組合測試精度、簡單性、方便性，以及不同型號組合測試方法的一致性。依據(jù)本發(fā)明 所設(shè)計的標(biāo)定路徑可在6min內(nèi)完成加速度計和陀螺的零偏及標(biāo)度因數(shù)的標(biāo)定，采用位置速 率并行測試，大大縮短了測試時間。本發(fā)明方法適用于一般的中低精度慣性測量組合的參 數(shù)標(biāo)定，測試時間短，參數(shù)精度高，測試結(jié)果一致性好，但測試時需進(jìn)行對北調(diào)平。同時，本 發(fā)明研究的相關(guān)理論與方法，可以推廣到其他慣性器件的標(biāo)定中。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明標(biāo)定方法中的標(biāo)定路徑示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的中低精度的光纖慣組快速標(biāo)定方法的一個流程實施示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022] 光纖慣組是由光纖陀螺、加速度計組成，單個儀表誤差也是標(biāo)定的對象，儀表輸出 與測量的真實值有比例關(guān)系，叫做標(biāo)度因數(shù)，當(dāng)測量的真實值為零時，儀表輸出不為零，稱 為零偏。標(biāo)定的實質(zhì)即為標(biāo)度因數(shù)、零偏的獲取和補償。
[0023] 慣性測量單元(MU)測試的基本原理是利用外部輸入信號激勵，獲取陀螺、加速度 計在各個位置或速率下的輸出數(shù)據(jù)，代入標(biāo)定模型方程，計算出陀螺、加速度計的誤差參 數(shù)。本發(fā)明的標(biāo)定方法針對中低精度光纖慣組系統(tǒng)，也可用于其他中低精度的慣組系統(tǒng)。因 討論的是一種通用標(biāo)定方法，認(rèn)為加速度計和陀螺輸出均為線性模型。各地重力加速度g的 值是各不相同的，其計算模型如下：
[0024] g = g〇( 1+0.0052884sin2 Φ -3.14 X 1〇Λ)-〇. 0000059sin22 Φ (1)
[0025] 式中，go = 9.780 49m/s2為赤道重力加速度；Φ為煒度;h為海拔高度。
[0026]對于指北方位系統(tǒng)，平臺要跟蹤地理坐標(biāo)系。在東北天坐標(biāo)系的情況下，由地球轉(zhuǎn) 動引起的地理坐標(biāo)系的角速度，它的三個分量為 ?iex=〇
[0027] < oiey =oie cosΦ (2) -φ
[0028] 其中，Φ為當(dāng)?shù)責(zé)樁?，t〇ie為地球自轉(zhuǎn)角速度，coiex、co iey和coiez為角速度coie在X 軸、y軸和Z軸上的分量。
[0029] 實驗室進(jìn)行常規(guī)速率、位置標(biāo)定時，慣組的輸入信號激勵來自以下幾個部分：
[0030] 1)重力加速度
[0031] 加速度計敏感視加速度信息，在靜態(tài)條件下，其信號輸入來自當(dāng)?shù)刂亓铀俣萳g。 以Az加速度計為例(不考慮常值零位），當(dāng)慣組z軸豎直朝上時，z加速度計理論輸出是lg;當(dāng) 慣組z軸豎直朝下時，z加速度計理論輸出-lg，當(dāng)慣組z軸處于水平方向時，不考慮安裝誤差 的影響，z加速度計理論輸出為0g。
[0032] 2)地球自轉(zhuǎn)角速度
[0033] 在實驗室靜態(tài)條件下，地球自轉(zhuǎn)角速度是陀螺測試的主要激勵信號源，地球自轉(zhuǎn) 角速度《ie大小約為15.04107°/h，以G z陀螺為例（不考慮常值零位），當(dāng)慣組z軸豎直朝上 時，z陀螺理論輸出是ω ie sinC> ;當(dāng)慣組z軸豎直朝下時，z陀螺理論輸出-ω iesinC>，當(dāng)慣 組z軸處于水平北向時，z陀螺理論輸出為coie C0S(D，當(dāng)慣組z軸處于水平南向時，z陀螺理 論輸出為_?le cos?，當(dāng)慣組z軸處于水平東西方向時，z陀螺理論輸出為0°/h。
[0034] 3)轉(zhuǎn)臺角速度
[0035] 陀螺在靜止時可敏感地球自轉(zhuǎn)角速度，一般可將地球自轉(zhuǎn)角速度作為標(biāo)定陀螺的 激勵輸入。實際上，實驗室標(biāo)定時，由于地球自轉(zhuǎn)角速度太?。?5.04107° /h = 7.292E-05rad/s)而不能作為陀螺標(biāo)定的參考，陀螺標(biāo)度因數(shù)的標(biāo)定采用轉(zhuǎn)臺提供參考角速率的方 法進(jìn)行標(biāo)定，采集陀螺的輸出，根據(jù)輸入輸出關(guān)系可以標(biāo)定出陀螺的參數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)臺繞z軸以 V° /s速率轉(zhuǎn)動時，根據(jù)輸出脈沖數(shù)Μ可知2陀螺的標(biāo)度因數(shù)Kgz=M/V。
[0036] 轉(zhuǎn)臺帶動MU運動進(jìn)行標(biāo)定過程中，需要設(shè)計有效轉(zhuǎn)動路徑，使得因系統(tǒng)參數(shù)誤差 引起的IMU標(biāo)定誤差被有效的激勵出來，如標(biāo)定加速度計相關(guān)參數(shù)誤差需要將其置于重力 加速度輸入的靜態(tài)環(huán)境下，標(biāo)定陀螺相關(guān)參數(shù)誤差需要將其置于較大角速度如5~10°/s輸 入的轉(zhuǎn)動環(huán)境下，由此保證標(biāo)定精度。
[0037]根據(jù)以上激勵信號，利用轉(zhuǎn)臺進(jìn)行速率轉(zhuǎn)動、位置定位，可建立標(biāo)定模型，測試計 算得到慣組誤差參數(shù)。
[0038]由于陀螺測量時存在噪聲，通常情況下，通過延長測試時間標(biāo)定時獲得比較理想 的結(jié)果。本發(fā)明標(biāo)定方法中采用先將陀螺輸出的原始數(shù)據(jù)運用小波濾波的方法進(jìn)行消噪處 理，再計算誤差系數(shù)，可縮短測試時間，又能保證標(biāo)定精度。
[0039] 在采用靜態(tài)試驗求加速度計和光纖陀螺的零位漂移時，基于地球重力和自轉(zhuǎn)角速 率在不同位置在X、y、z軸上投影不同進(jìn)行的。在水平位置上重力加速度是沒有分量的，此時 加速度計無法敏感到任何外界輸入，輸出量中除少量的安裝誤差，其它的視為是零位誤差， 取加速度計在不同水平位置輸出值的均值對零位漂移進(jìn)行誤差修正。地球自轉(zhuǎn)速率對光纖 陀螺而言，在東西方向上是沒有分量的，以除少量的安裝誤差外，陀螺的輸出幾乎都是零位 誤差，取光纖陀螺在東西方向上輸出值的均值作為零位漂移進(jìn)行誤差修正。安裝誤差相對 于零位漂移是小量，在此不進(jìn)行安裝誤差的設(shè)計。零位漂移修正試驗陀螺及加速度計的測 試方位如表1所不。
[0040] 表1零位漂移修正試驗陀螺及加速度計的測試方位
[0042]光纖陀螺靜態(tài)數(shù)學(xué)模型如下：
[0043] < 心=5財+~·％ (3)
[0044]式中，Ngx、Ngy、NgZ分別為x、y、z軸上光纖陀螺的輸出；
[0045] Bgx、Bgy、Bgz分別為三個軸光纖陀螺的零偏；
[0046] Kgx、Kgy、Kgz分別為光纖陀螺的標(biāo)度因數(shù)；
[0047] ωχ、ωγ、(〇2分別為x、y、z軸上光纖陀螺輸入的角速度。
[0048] 石英加速度計靜態(tài)數(shù)學(xué)模型如下：
[0049] < Ν?=Β?+Κ?^ (4) Ν, -Β +Κ 欠 az az az z
[0050] 式中，Nax、Nay、Naz分別為x、y、z軸上加速度計的輸出；
[00511 Bax、Bay、Baz分別為x、y、z軸上加速度計的零偏；
[0052] Kax、Kay、Kaz分別為x、y、z軸上加速度計的標(biāo)度因數(shù)；
[0053] Ax、Ay、Az分別為x、y、z軸上加速度計輸入的加速度。
[0054]慣組的誤差參數(shù)包括零偏、標(biāo)度因數(shù)、安裝誤差、振動誤差、溫度誤差及二次項誤 差等，而這些誤差參數(shù)中，零偏和標(biāo)度因數(shù)在對慣組精度的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他誤差參數(shù)，故 本發(fā)明從誤差參數(shù)零偏、標(biāo)度因數(shù)兩方面入手進(jìn)行快速標(biāo)定。
[0055] 1)零偏
[0056]慣性器件零偏：當(dāng)輸入為零時，慣性器件的輸出量。系統(tǒng)零偏是指三個陀螺的零偏 和三個加速度計的零偏。三個陀螺的零偏為Bgx、Bgy、Bgz，單位為°/h，三個加速度計的零偏為 Bax、Bay、Baz，單 ???·為Ill/s。
[0057] 2)標(biāo)度因數(shù)
[0058] 輸入坐標(biāo)系與輸出坐標(biāo)系一致時，輸出量與輸入量的比值。陀螺誤差模型中陀螺 輸入量為轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速，陀螺輸出值作為輸出。陀螺標(biāo)度因數(shù)為K gx、Kgy、Kgz;加速度計誤差模型 中的輸入量為重力加速度，加速度計輸出值作為輸出。加速度計標(biāo)度因數(shù)SK ax、Kay、Kaz。
[0059] 僅考慮零偏，忽略安裝誤差和陀螺的其他誤差。陀螺敏感角速度信息，在動態(tài)條件 下，其信號輸入來自當(dāng)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速。以z軸的陀螺為例，不考慮常值零位，當(dāng)轉(zhuǎn)臺繞慣組z軸以 5° /s勻速轉(zhuǎn)動時，z陀螺理論輸出是5° /s，其標(biāo)度因數(shù)1^ =他/5為陀螺輸出脈沖數(shù)均值； 當(dāng)轉(zhuǎn)臺繞慣組ζ軸以-5°/s勾速轉(zhuǎn)動時，2陀螺理論輸出是-5°/s，其標(biāo)度因數(shù)1^ =見/(-5)。 當(dāng)慣組z軸處于東向時，不考慮安裝誤差的影響，z陀螺理論輸出為0，當(dāng)z陀螺輸出不為0時， 視為陀螺零偏。
[0060] 陀螺誤差模型中，設(shè)Gij為在第i個測量位置上、j軸陀螺的輸出，i = 1，2，3，4; j = x， y，z。定義
[0061] Gix2+Giy2+Giz2= ω?02 (5)
[0062] 僅考慮零偏，忽略安裝誤差和陀螺的其他誤差，可以建立解析基準(zhǔn)：
[0063] (gix+bx) 2+ (giy+by) 2+(giz+bz)2 =mi2 (6)
[0064] 式中為陀螺在i位置、j陀螺輸入軸上的投影：
[0065] (7)
[0066] 其中，g表示重力加速度矢量，&是1位置、j陀螺沿輸入軸的單位矢量。
[0067] bj為陀螺零偏，相當(dāng)于公式⑶中Bgj，j = x，y，z;且式(6)中有3個未知數(shù)，取i = l， 2，3，即考慮3位置標(biāo)定情形，可以得到3個測量方程：
[0068] (gix+bx) 2+ (giy+by) 2+(giz+bz)2 =mi2 (8.1)
[0069] (g2x+bx) 2+ (g2y+by) 2+(g2z+bz)2 =m22 (8.2)
[0070] (g3x+bx) 2+ (g3y+by) 2+(g3z+bz)2 =m32 (8.3)
[0071] mi為在i位置的重力加速度。
[0072] 記zFnuW，展開并忽略二階小量，則有 Six Sly Slz
[0073] 2 g2x g2y g2z by = z, (9) §3y g3zJLbJ LZ3_
[0074] 式(9)為陀螺組合3位置零偏標(biāo)定方程。則陀螺零偏測量值計算為：
CIO)
[0076]加速度計誤差模型中，設(shè)Aij為在第i個測量位置上、j軸加速度計的輸出，i = l，2， 3，4; j = X，y，z。僅考慮零偏，忽略安裝誤差和加速度計的其他誤差。加速度計敏感視加速度 信息，在靜態(tài)條件下，其信號輸入來自當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭。以z軸加速度計為例，不考慮常值 零位，當(dāng)慣組z軸豎直朝上時，z軸加速度計理論輸出是lg，其標(biāo)度因數(shù)K az = N2/(lg)，N2為加 速度計輸出脈沖數(shù)均值；當(dāng)慣組Z軸豎直朝下時，Z軸加速度計理論輸出-lg，其標(biāo)度因數(shù)Kaz = NV(-lg);當(dāng)慣組z軸處于水平方向時，不考慮安裝誤差的影響，z加速度計理論輸出為 〇g，當(dāng)z加速度計輸出不為Og時，則視為零偏。
[0077] 本發(fā)明是一種基于雙軸轉(zhuǎn)臺的中低精度光纖慣組快速標(biāo)定的方法。設(shè)速率試驗 中，符合右手定則的為正轉(zhuǎn)，反之為反轉(zhuǎn)。按照圖1中所示標(biāo)定路徑進(jìn)行標(biāo)定，依次將X、Y、Z 軸加速度計的主軸處于當(dāng)?shù)氐卮咕€方向，Χ、γ、ζ軸陀螺的主軸處于東向或西向。按照所設(shè)計 的路徑轉(zhuǎn)動，記錄各加速度計和陀螺儀的輸出值。在任意時刻t，記錄X、Υ、Ζ三軸上加速度計 和陀螺儀的輸出。
[0078] 本發(fā)明實施例中，轉(zhuǎn)臺的精度可達(dá)到1.5〃以內(nèi)，轉(zhuǎn)臺誤差對測試精度的影響較小， 根據(jù)標(biāo)定測試的方法，完整的一次標(biāo)定需要完成速率標(biāo)定和位置標(biāo)定，如圖2所示，本發(fā)明 實施例的具體標(biāo)定流程如下：
[0079] 步驟1，產(chǎn)品安裝:將光纖慣組安裝在測試工裝，把測試工裝安裝到雙軸轉(zhuǎn)臺上，定 位靠緊，該步驟需要注意的是光纖慣組的定位面與工裝定位面之間盡可能的靠緊，不能出 現(xiàn)縫隙，否則會導(dǎo)致測試結(jié)果中帶入了較大的人為安裝誤差(非慣組自身誤差）。
[0080] 步驟2,線路連接:連接測試系統(tǒng)與轉(zhuǎn)臺、光纖慣組之間的電纜。
[0081] 步驟3,程序啟動:按專用技術(shù)條件設(shè)定光纖慣組輸出數(shù)據(jù)的采樣時間間隔和采樣 次數(shù)，記錄光纖慣組在測試時間內(nèi)的數(shù)據(jù)輸出。根據(jù)香農(nóng)采樣定理設(shè)置數(shù)據(jù)采樣速率，為了 不失真地恢復(fù)模擬信號，數(shù)據(jù)采樣速率應(yīng)至少是模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍。
[0082] 步驟4，預(yù)熱啟動：啟動測試電腦，啟動光纖慣組，開始預(yù)熱，一般預(yù)熱時間為20miη ~25min，待陀螺、加速度計輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
[0083]步驟5，位置標(biāo)定與速率標(biāo)定：如圖1所示，標(biāo)記光纖慣組的4種方位狀態(tài)分別為：1 位置為東北天方位，2位置為地北東方位，3位置為地東南方位，4位置為東天南方位。
[0084] 步驟a，控制轉(zhuǎn)臺，使慣組置于東北天的位置，在東北天位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，利用軟件 采集慣組處于靜態(tài)測試lmin的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文本記為"東北天.txt"，求出該狀態(tài)下陀螺儀及 加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值;在本步驟，能夠激勵出東向X陀螺的零偏B gx和天向ζ加 速度計的標(biāo)度因子Kaz、東向X加速度計的零偏Bax、北向y加速度計的零偏B ay;
[0085] 步驟b，數(shù)據(jù)采集完畢，以5°/s繞"1位置"y軸正向旋轉(zhuǎn)90°，此時利用軟件采集X軸 陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至地北東位置，數(shù)據(jù)文本記為"y+5.txt"，求出該輸入角速度下y軸光纖陀 螺儀輸出的平均值;在本步驟，光纖陀螺坐標(biāo)由東北天位置勻速轉(zhuǎn)到地北東位置，采集Y軸 陀螺數(shù)據(jù)，能夠激勵出Y軸陀螺的標(biāo)度因數(shù)K gy;
[0086] 步驟c，在地北東位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，利用軟件采集慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文 本記為"地北東.txt"，求出該狀態(tài)下陀螺儀及加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值;在本步 驟能夠激勵出東向Z陀螺的零偏B gz和地向X加速度計的標(biāo)度因數(shù)Kax、北向Y加速度計的零偏 Bay、東向Z加速度計的零偏匕2;
[0087]步驟d，數(shù)據(jù)采集完畢，以5°/s繞"2位置"x軸正向旋轉(zhuǎn)90°，此時利用軟件采集X軸 陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至地東南位置，數(shù)據(jù)文本記為"x+5.txt"，求出該輸入角速度下X軸光纖陀 螺儀輸出的平均值;本步驟中，由地北東位置勻速轉(zhuǎn)到地東南位置過程中，采集Z軸陀螺數(shù) 據(jù)，用于激勵ζ軸陀螺的標(biāo)度因數(shù)K gz;
[0088]步驟e，在地東南位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，利用軟件采集慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文 本即為"地東南.txt"，求出該狀態(tài)下陀螺儀及加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值;本步驟 中，能夠激勵出東向Y陀螺的零偏Bgy和地向X加速度計的Kax、東向Y加速度計的零偏B ay、南向 Z加速度計的零偏Baz;
[0089] 步驟f，數(shù)據(jù)采集完畢，以5°/s繞"3位置"z軸正向旋轉(zhuǎn)90°，此時利用軟件采集z軸 陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至東天南位置數(shù)據(jù)文本記為"z+5.txt"，求出該輸入角速度下y軸光纖陀 螺儀輸出的平均值;在本步驟，由地東南位置運速轉(zhuǎn)到東天南位置的過程中，采集z軸陀螺 數(shù)據(jù)，能夠激勵處z軸陀螺的標(biāo)度因數(shù)K gz;
[0090] 步驟g，在東天南位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，利用軟件采集慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)文 本即為"東天南.txt"，求出該狀態(tài)下陀螺儀及加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值。在本步 驟，能夠激勵出東向X陀螺的零偏B gx和天向Y加速度計的標(biāo)度因數(shù)Kay、東向X加速度計的零 偏Bax、南向Z加速度計的零偏B az。
[0091] 步驟6,保存以上各項數(shù)據(jù)，結(jié)合如公式(3)和(4)所建立的誤差模型，可得加速度 計的標(biāo)度因數(shù)、零偏和陀螺的標(biāo)度因數(shù)、零偏等各項誤差參數(shù)。
[0092] 步驟7，標(biāo)定結(jié)束，產(chǎn)品斷電，拆卸產(chǎn)品。
[0093] 由于轉(zhuǎn)臺有啟動時間和停止時間，因此在處理位置轉(zhuǎn)換求取陀螺標(biāo)度因數(shù)的數(shù)據(jù) 時，需減去前2s和后2s的數(shù)據(jù)。為了提高整體的標(biāo)定精度，數(shù)據(jù)處理時都先進(jìn)行小波濾波， 之后按照誤差模型再處理數(shù)據(jù)。
[0094] 安裝本發(fā)明提供的標(biāo)定路徑控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動慣性測量單元，整個旋轉(zhuǎn)過程具有一致 的連續(xù)性，方便設(shè)備操作，進(jìn)而節(jié)約了時間，提高了標(biāo)定效率。所使用位置數(shù)少，能激勵出對 慣組影響較大的誤差，可在短時間內(nèi)較精確地標(biāo)定出光纖陀螺零偏和比例因子以及加速度 計零偏和比例因子共十二個誤差系數(shù)，可達(dá)到對中低精度慣組標(biāo)定精度的要求。
【主權(quán)項】
1. 一種用于中低精度的光纖慣組快速標(biāo)定方法，在安裝好光纖慣組的測試裝置后，然 后進(jìn)行如下步驟： 步驟一，設(shè)定光纖慣組輸出數(shù)據(jù)的采樣時間間隔和采樣次數(shù)； 步驟二，標(biāo)記光纖慣組的4種方位狀態(tài)為：1位置為東北天方位，2位置為地北東方位，3 位置為地東南方位，4位置為東天南方位;執(zhí)行下面步驟a~g; 步驟a，控制轉(zhuǎn)臺，使光纖慣組置于1位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，采集光纖慣組處于靜態(tài)測試lmin 的數(shù)據(jù)，求出該狀態(tài)下陀螺儀及加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值； 步驟b，以5°/s繞1位置的y軸正向旋轉(zhuǎn)90°，采集X軸陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至2位置，求出該 輸入角速度下y軸光纖陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值； 步驟c，在2位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，采集光纖慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，求出該狀態(tài)下陀螺儀及 加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值； 步驟d，以5°/s繞2位置的X軸正向旋轉(zhuǎn)90°，采集X軸陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至3位置，求出該 輸入角速度下X軸光纖陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值； 步驟e，在3位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，采集光纖慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，求出該狀態(tài)下陀螺儀及 加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值； 步驟f，以5°/s繞3位置的z軸正向旋轉(zhuǎn)90°，采集z軸陀螺數(shù)據(jù)輸出，轉(zhuǎn)至4位置，求出該 輸入角速度下y軸光纖陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的平均值； 步驟g，在4位置處鎖定轉(zhuǎn)臺，采集光纖慣組靜態(tài)測試lmin數(shù)據(jù)，求出該狀態(tài)下陀螺儀及 加速度計各軸向輸出數(shù)據(jù)的平均值。 步驟三，根據(jù)所采集的輸出數(shù)據(jù)，通過光纖陀螺和加速度計的數(shù)學(xué)模型，標(biāo)定光纖陀螺 和加速度計的標(biāo)度因數(shù)和零偏。
【文檔編號】G01C25/00GK106017507SQ201610318999
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】高爽, 李慧鵬, 張曉嬌, 蔡曉雯, 王文杰, 張維睿, 李勝臣
【申請人】北京航空航天大學(xué)