[發明專利]一種基于旋轉機構的陀螺與加速度相關漂移的標定與補償方法

無效

• 申請號: 201110108902.3
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN102252692A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 遲家升;薛宏斌
• 申請（專利權）人: 北京星網宇達科技開發有限公司
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種陀螺誤差標定與補償方法，可應用于加速度計等其他慣性器件的誤差標定與補償，屬于慣性器件測試、慣性導航領域。

技術背景

慣性導航系統具有全自主、高隱蔽性、高帶寬、連續輸出等特點，在國防上具有戰略意義，是航空、航天、航海等領域中最重要的設備之一。

慣性器件(陀螺和加速度計)的性能是影響慣導系統精度的最為主要的因素，慣導系統誤差的80％由器件誤差引起，因此，提高慣性器件的精度是慣性技術發展過程中最為主要的研究內容。提高慣性器件的精度往往有兩條途徑：(1)通過改變慣性器件的工作原理或改進器件的加工工藝來提高器件的性能；(2)通過先進的測試手段對器件進行誤差建模與標定，通過誤差補償的方法來提高器件性能。一般情況下，途徑(1)所述的改進慣性器件的加工工藝往往需要付出較大的代價，器件的成本也將大大提高。途徑(2)所述的先進的測試方法往往需要先進的測試設備為基礎，一般情況下，慣性器件的測試設備往往比較昂貴，而且測試過程繁瑣，需要投入大量的實驗時間。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于小型旋轉機構的陀螺與加速度相關誤差標定與補償方法，該方法能快速、準確地標定出陀螺與加速度相關漂移的模型參數，具有準確、高效、易操作、高通用性等優點。

本發明的技術解決方案是：一種基于旋轉機構的陀螺與加速度相關漂移的標定與補償方法，其實現步驟如下：

第一步，制作旋轉機構，所述的旋轉機構由力矩電機(5)、光柵(3)、旋轉軸(4)、陀螺信號采集系統(8)、光柵測角信號采樣系統(9)、陀螺儀安裝平臺(6)和電機控制系統(7)組成；力矩電機(5)的轉子與旋轉軸(4)固連；光柵(3)安裝于旋轉軸(4)，并隨旋轉軸(4)的旋轉而旋轉；陀螺儀安裝于陀螺安裝平臺(6)上，陀螺安裝平臺(6)位于旋轉軸(4)頂部且與旋轉軸(4)固連，并隨旋轉軸(4)的旋轉而旋轉；電機控制系統(7)控制力矩電機(5)旋轉，陀螺信號采集系統(8)用于實時采樣陀螺儀的輸出值，光柵轉角信號采樣系統(9)用于實時采集光柵(3)的轉角輸出信息；

第二步，建立陀螺儀與加速度相關誤差的輸出模型；

第三步，將兩個陀螺儀按照要求安裝于旋轉機構的陀螺安裝平臺(6)上，其安裝要求為：兩陀螺敏感軸和旋轉機構的旋轉軸兩兩互相垂直，且旋轉軸與水平面保持平行；

第四步，將旋轉機構安放于水平臺面上，根據第三步所述的陀螺儀的安裝方式，可以得到陀螺敏感軸坐標系上的輸入加速度計與旋轉角之間的關系式，并將該關系式代入第二步所建立的陀螺儀的誤差模型，可得到陀螺與加速度相關誤差相對于旋轉角的輸出模型；

第五步，電機控制系統(7)控制力矩電機(5)旋轉，陀螺儀信號采集系統(8)實時采集兩個陀螺儀的輸出信息，光柵轉角信號采集系統(9)實時采集光柵(3)的轉角輸出信息；

第六步，根據第四步得到陀螺與加速度相關漂移相對于旋轉角的輸出模型，將第五步實時采樣得到的光柵(3)的轉角輸出信息作為參數估計模型的輸入，將扣除地球自轉加速度后的陀螺儀的輸出值作為參數估計模型的輸出，利用最小二乘法可估計得到陀螺與加速度相關漂移模型中的部分誤差項系數；

第七步，將兩個陀螺儀繞各自的敏感軸在第三步所述的安裝平面內旋轉90°，重復步驟第五步和第六步，即可得到陀螺與加速度相關漂移模型中剩余誤差項系數；

第八步，根據第六步及第七步估計得到的陀螺與加速度相關漂移模型的參數，對陀螺儀進行誤差補償，并檢驗誤差的補償精度。

上述第五步中旋轉機構按以下的運動規律旋轉：旋轉角速率為ω，并在0-360°范圍內正反整周旋轉，即以旋轉角速率ω從0°運動到360°，然后再以-ω的旋轉角速率從360°運動到0°，這樣既確保系統有完整的頻率分量輸入，使得誤差估計準確，同時也可以避免使用導電滑環，降低了成本低，提高了可靠性。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)傳統的陀螺與加速度相關漂移的標定往往采用靜態多位置測量方法，需要通過多組實驗，且標定精度較低，本發明所設計的陀螺與加速度相關漂移標定方法僅需要通過2組實驗便可標定出所有的誤差系數，大大簡化了誤差系數的標定過程，同時也提高了誤差系數的估計精度，且標定過程不需要借助其他昂貴的輔助設備。該標定方法同時還適用于加速度計刻度系數的標定，具有一定的通用性。