一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法
【專利摘要】一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法，通過建立基準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型，將雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，得到安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上的慣性測(cè)量系統(tǒng)輸出值。在慣性測(cè)量系統(tǒng)的誤差方程中將初始俯仰和滾轉(zhuǎn)角誤差作為變量，對(duì)其進(jìn)行估計(jì)，得到精確的俯仰和滾轉(zhuǎn)角。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定方法中，若轉(zhuǎn)臺(tái)位置發(fā)生改變，或?qū)⑥D(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)移到外場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要重新采用計(jì)量等方法進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)的標(biāo)校，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于機(jī)動(dòng)情況下的快速標(biāo)定。本發(fā)明通過建立數(shù)學(xué)精確基準(zhǔn)來確保慣性測(cè)量系統(tǒng)誤差分離的有效性，使水平基準(zhǔn)精度指標(biāo)滿足使用要求。在基準(zhǔn)不確定情況下也能標(biāo)定加速度計(jì)組合誤差系數(shù)，提高外場(chǎng)標(biāo)定效率，并提高標(biāo)定系數(shù)的精度，準(zhǔn)確標(biāo)定出加速度計(jì)組合誤差系數(shù)。
【專利說明】-種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種誤差系數(shù)標(biāo)定方法，尤其設(shè)及一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組 合誤差系數(shù)標(biāo)定方法，屬于捷聯(lián)慣性組合標(biāo)定技術(shù)，可用于標(biāo)定捷聯(lián)慣性組合中加速度計(jì) 組合的場(chǎng)合。

【背景技術(shù)】
[0002] 加速度計(jì)是慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的基本測(cè)量元件之一，它安裝在運(yùn)載體內(nèi) 部，用于測(cè)量運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)加速度，并通過對(duì)加速度的積分，求得其加速度和位置。因此，力口 速度計(jì)的性能和精度直接影響導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)的精度。當(dāng)安裝在運(yùn)載體內(nèi)部時(shí)，加速度計(jì) 的測(cè)量值不僅包括加速度計(jì)殼體隨運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)的加速度、運(yùn)載體相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)引起的哥 式加速度，還包括表觀重力加速度。當(dāng)加速度計(jì)的輸入軸與地球重力方向一致時(shí)，則測(cè)量值 為地球重力的負(fù)數(shù)。所W可W用地球重力場(chǎng)來標(biāo)定加速度計(jì)。捷聯(lián)慣性組合是將巧螺儀和 加速度計(jì)集成在一起并直接安裝在運(yùn)載體上的慣性測(cè)量裝置。在捷聯(lián)慣性組合中，加速度 計(jì)測(cè)得的信號(hào)是運(yùn)載體相對(duì)于慣性空間的視加速度在該加速度計(jì)敏感軸方向上的分量。為 了完全測(cè)量運(yùn)載體在空間中的運(yùn)動(dòng)視加速度，捷聯(lián)慣性組合中裝有=個(gè)敏感軸互相垂直的 加速度計(jì)，其敏感軸方向指向捷聯(lián)慣性組合定義的X軸、Y軸、Z軸正方向。在高精度測(cè)量中， 加速度計(jì)的輸出為脈沖數(shù)，脈沖數(shù)輸出頻率可W按照W下公式與捷聯(lián)慣性組合敏感到的視 加速度建立關(guān)系，即捷聯(lián)慣性組合加速度計(jì)組合誤差模型。
[0003]

【權(quán)利要求】
1. 一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于步驟如下： (1) 將捷聯(lián)慣性組合安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，調(diào)節(jié)雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度和 外框架旋轉(zhuǎn)角度，使得捷聯(lián)慣性組合靜置于16個(gè)不同的位置； (2) 在步驟⑴中確定的位置i，采集捷聯(lián)慣性組合X軸、Y軸、Z軸加速度計(jì)經(jīng)過At秒輸出的脈沖數(shù)Nax (i)、Nay⑴和Naz (i)，并記錄該位置雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)框架a⑴和外框 架旋轉(zhuǎn)角ea)，計(jì)算X軸、Y軸、z軸加速度計(jì)的脈沖數(shù)輸出頻率axa)、Aya)和aza)，其 中iG[1，16]，AtG[60,90]; (3) 結(jié)合預(yù)先多次測(cè)量取均值得到的加速度計(jì)組合的零次項(xiàng)、標(biāo)度因數(shù)、安裝誤差角 和標(biāo)度因數(shù)不對(duì)稱項(xiàng)誤差，利用步驟（2)中得到的16個(gè)位置加速度計(jì)組合的脈沖數(shù)輸出 頻率，計(jì)算各位置經(jīng)補(bǔ)償?shù)玫降慕萋?lián)慣性組合X軸、Y軸、Z軸加速度abx' (i)、abY' (i)、 SbZr (i)； (4) 利用步驟（3)第一個(gè)位置經(jīng)補(bǔ)償?shù)玫降慕萋?lián)慣性組合X軸、Y軸、Z軸加速度，計(jì)算 得到捷聯(lián)慣性組合在第一個(gè)位置的初始俯仰角0 〇和初始滾轉(zhuǎn)角y (5) 根據(jù)步驟（2)中16個(gè)位置雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)框架a(i)和外框架旋轉(zhuǎn)角0 (i)，步驟 (3)中加速度計(jì)組合經(jīng)過補(bǔ)償后得到的捷聯(lián)慣性組合X軸、Y軸、Z軸加速度，以及第一個(gè)位 置的初始俯仰角和初始滾轉(zhuǎn)角Y〇,計(jì)算捷聯(lián)慣性組合加速度計(jì)組合誤差模型中的誤差 系數(shù)偏差，包括標(biāo)度因數(shù)偏差、零次項(xiàng)偏差、安裝誤差角偏差、標(biāo)度因數(shù)不對(duì)稱項(xiàng)誤差偏差、 初始俯仰角誤差、滾轉(zhuǎn)角誤差； (6) 將第一個(gè)位置的初始俯仰角0C1更新為第一個(gè)位置的初始俯仰角0C1與步驟（5)中 求得的初始俯仰角誤差之和，并將第一個(gè)位置的初始滾轉(zhuǎn)角Y〇更新為第一個(gè)位置的初始 滾轉(zhuǎn)角Yo與步驟（5)中求得的初始滾轉(zhuǎn)角誤差之和，重復(fù)執(zhí)行步驟（5)?步驟（6)N次， 得到雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在第一個(gè)位置與地理坐標(biāo)系間的夾角0和Y，同時(shí)得到捷聯(lián)慣性組合 加速度計(jì)組合誤差模型中的誤差系數(shù)偏差； (7) 將通過步驟（6)得到的誤差系數(shù)偏差與已知的加速度計(jì)組合的零次項(xiàng)、標(biāo)度因數(shù)、 安裝誤差角、標(biāo)度因數(shù)不對(duì)稱項(xiàng)誤差對(duì)應(yīng)求和，得到加速度計(jì)組合的誤差系數(shù)精確值，實(shí)現(xiàn) 基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法，其 特征在于：所述步驟（1)中將捷聯(lián)慣性組合安裝在雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，調(diào)節(jié)雙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的 內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度和外框架旋轉(zhuǎn)角度，使得捷聯(lián)慣性組合靜置于16個(gè)不同的位置，具體為： 位置1 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使捷聯(lián)慣性組合靜止于任意一個(gè)位置，記錄此時(shí)的內(nèi)框架旋轉(zhuǎn) 角a(1)和外框架旋轉(zhuǎn)角0 (1); 位置2 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(2) =a(1)+90°，外框架旋轉(zhuǎn)角度0 (2) =0 (1); 位置3:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(3) =a(1)+180°，外框架旋轉(zhuǎn)角度 0 (3) = 0 (1)； 位置4:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(4) =a(1)+270°，外框架旋轉(zhuǎn)角度 0 (4) = 0 (1)； 位置5 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(5) =a(1)，外框架旋轉(zhuǎn)角度0 (5)= 0 (1)+180° ； 位置6 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(6) =a(1)+90°，外框架旋轉(zhuǎn)角度0 (6) =0 (1)+180° ； 位置7:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(7) =a(1)+180°，外框架旋轉(zhuǎn)角度 0 (7) = 0 (1)+180° ； 位置8:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(8) =a(1)+270°，外框架旋轉(zhuǎn)角度 0 (8) = 0 (1)+180° ； 位置9 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(9) =a(1)+90°，外框架旋轉(zhuǎn)角度0 (9) =0 (1)+90° ; 位置10:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(10) =a(1)+270°，外框架旋轉(zhuǎn)角度 0 (10) = 0 (1)+90° ; 位置11 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(11) =a(1)，外框架旋轉(zhuǎn)角度0 (11)= 0 (1)+90°; 位置12:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(12) =a(1)+180°，外框架旋轉(zhuǎn)角度 0 (12) = 0 (1)+90° ; 位置13:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(13) =a(1)+270°，外框架旋轉(zhuǎn)角度 0 (13) = 0 (1)+270° ; 位置14:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a (14) = a (1)+90°，外框架旋轉(zhuǎn)角度0 (14) = 0 (1)+270° ; 位置15:調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(15) =a(1)+180°，外框架旋轉(zhuǎn)角度 0 (15) = 0 (1)+270° ; 位置16 :調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使內(nèi)框架旋轉(zhuǎn)角度a(16) =a(1)，外框架旋轉(zhuǎn)角度0 (16)= 0 (1)+270° 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法，其 特征在于：所述步驟（2)中第i個(gè)位置脈沖數(shù)輸出頻率由公式
給出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法， 其特征在于：所述步驟（3)中各位置經(jīng)補(bǔ)償?shù)玫降慕萋?lián)慣性組合X軸、Y軸、Z軸加速度 abx' (i)、ab/ (i)、abz' (i)，具體由公式：
給出，其中，dl,、51,、5&_為預(yù)先多次測(cè)量取均值得到的加速度計(jì)組合的標(biāo)度 因數(shù)不對(duì)稱項(xiàng)誤差；[、匕1、&,、€y、夂_、L為預(yù)先多次測(cè)量取均值得到的加速 度計(jì)組合安裝誤差角；為預(yù)先多次測(cè)量取均值得到的加速度計(jì)組合的零次 項(xiàng)；I、Ffly、I為預(yù)先多次測(cè)量取均值得到的加速度計(jì)組合標(biāo)度因數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法， 其特征在于：所述步驟（4)中捷聯(lián)慣性組合在第一個(gè)位置的初始俯仰角Qtl和初始滾轉(zhuǎn)角 Yo;具體由公式：
給出，其中abx' (l)、abY' (1)和abz' (1)分別為第一個(gè)位置經(jīng)補(bǔ)償?shù)玫降慕萋?lián)慣性 組合X軸、Y軸、Z軸加速度，g(l為測(cè)試地點(diǎn)地球重力加速度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法，其 特征在于：所述步驟（5)中計(jì)算捷聯(lián)慣性組合加速度計(jì)組合誤差模型中的誤差系數(shù)偏差， 具體為： X軸的誤差系數(shù)偏差估計(jì)式由公式：xishu_x= (Aax1Aax) ^1Aax1Yax 給出，其中，xishu_x= [SktlxSkaxAKaxSkyxSkzxA0Ay]T，Sktlj^X軸加速 度計(jì)的零次項(xiàng)偏差；SkaxSX軸加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)偏差；△K"為X軸加速度計(jì)的標(biāo)度因 數(shù)不對(duì)稱項(xiàng)誤差偏差；SkyxSX軸相對(duì)于Y軸的安裝誤差角偏差；Sk2!￡為X軸相對(duì)于Z軸 的安裝誤差角偏差， Aax為X軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣，由公式：

gQ為測(cè)試地點(diǎn)地球重力加速度； Yax為X軸的觀測(cè)向量，具體由公式： Yax= [abxr (I)-F13(I) a,/ (2)-F13(2)…abx，(16)-F13 (16) ]T 給出； Y軸的誤差系數(shù)偏差估計(jì)式由公式：xishu_y= (AaYTAaY) ^1Aay1Yay 給出，其中，xishu_y=[8kQy 8kxy 8kayAKay 8kzyA0 軸加速 度計(jì)的零次項(xiàng)偏差；SkxySY軸相對(duì)于X軸的安裝誤差角偏差；Sk37為Y軸加速度計(jì)的標(biāo) 度因數(shù)偏差；AKaySY軸加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)不對(duì)稱項(xiàng)誤差偏差；Sk27為Y軸相對(duì)于Z軸 的安裝誤差角偏差； AaY為Y軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣，具體由公式：
給出； Z軸的誤差系數(shù)偏差估計(jì)式由公式：xishu_z=(Aaz1Aaz) ^1AaZ1Yaz 給出，其中，xishu_z=[5kQz 8kazAKaz 8kxz 8kyz]T，8kQzSZ軸加速度計(jì)的零次 項(xiàng)偏差；Skj%Z軸加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)偏差；AK32為Z軸加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù)不對(duì)稱項(xiàng) 誤差偏差；SkxzSZ軸相對(duì)于X軸的安裝誤差角偏差；SkyzSZ軸相對(duì)于Y軸的安裝誤差 角偏差； Aaz為Z軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣，具體由公式：
給出； Yaz為Z軸的觀測(cè)向量，具體由公式： Yaz= [abz， (I)-F33(I)abzf (2)_F33(2)…abz， (16)-F33(16)]T 給出。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基準(zhǔn)不確定情況下加速度計(jì)組合誤差系數(shù)標(biāo)定方法，其 特征在于：所述步驟（6)中N為大于等于10的自然數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01C25/00GK104501833SQ201410746311
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】魏宗康, 黃超, 劉璠 申請(qǐng)人:北京航天控制儀器研究所