一種高精度光纖陀螺慣測裝置標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖巧螺慣性測量裝置領(lǐng)域，特別涉及一種高精度光纖巧螺慣測裝置 標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星作為高新科技發(fā)展的標(biāo)志，在我國的國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中扮演著極為重要的角 色。定姿精度是衛(wèi)星穩(wěn)定有效地獲取信息的前提，衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)是保證衛(wèi)星姿態(tài)精度 的重要系統(tǒng)之一，而慣性器件又是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中的極其關(guān)鍵敏感器，它直接影響姿 態(tài)控制系統(tǒng)的精度和性能。
[0003] 光纖巧螺儀是一種全固態(tài)慣性儀表，它具有傳統(tǒng)機(jī)電儀表所不具備的優(yōu)點。它是 由光學(xué)器件和電子器件組成的閉環(huán)系統(tǒng)，通過檢測兩束光的相位差來確定自身角速度，因 此在結(jié)構(gòu)上它是完全固態(tài)化的巧螺儀，沒有任何運(yùn)動部件。光纖巧螺儀正是W其原理和結(jié) 構(gòu)上的優(yōu)點，使其在許多應(yīng)用領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，尤其是在對產(chǎn)品可靠性和壽命要求很 高的航天器上，其主要特點表現(xiàn)在W下幾個方面：（1)全固態(tài)：光纖巧螺儀的部件都是固態(tài) 的，具有抗真空、抗振動和沖擊的特性；(2)長壽命：光纖巧螺儀所用的關(guān)鍵光學(xué)器件都可 滿足空間應(yīng)用15年的長壽命要求；（3)高可靠性；光纖巧螺儀結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，生產(chǎn)工藝相對 簡單，可方便地對其進(jìn)行電路的兀余設(shè)計，或者采用兀余巧螺儀構(gòu)成慣性測量系統(tǒng)，該樣可 W提局系統(tǒng)的可罪性。
[0004] 現(xiàn)有對光纖巧螺慣性測量裝置的標(biāo)定技術(shù)是通過不同的試驗項目單獨(dú)獲得，其中 零偏通過多個位置求均值得到，標(biāo)度因數(shù)通過正負(fù)方向旋轉(zhuǎn)多個角速度擬合得到，安裝誤 差通過旋轉(zhuǎn)正負(fù)方向整圈大角速度獲得。該種標(biāo)定過程不可避免地產(chǎn)生多次加斷電操作， 且存在基準(zhǔn)不一致的問題，使標(biāo)定結(jié)果引入了大量人為誤差。且上述標(biāo)定過程涉及時間較 長，標(biāo)定時間長達(dá)幾個小時?，F(xiàn)有的標(biāo)定方法均是在靜態(tài)（包括靜態(tài)位置和轉(zhuǎn)臺勻速運(yùn)動） 的工況下計算得出參數(shù)，未考慮動態(tài)過程中儀表的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為；提供一種快速、精確的高精度光纖巧螺慣測裝置標(biāo) 定方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中的標(biāo)定方法存在人力誤差大，過程時間長的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種高精度光纖巧螺慣測裝置標(biāo)定方法，包括W下步驟，S1，將光纖巧螺慣測 裝置分別按照oi軸（i=X、Y、幻H個軸正向翻轉(zhuǎn)90。、180°、270° H次再反向旋轉(zhuǎn) 90°、180°、270° H次回到初始位置，一共進(jìn)行18次位置翻轉(zhuǎn)；S2，18次位置翻轉(zhuǎn)加上 初始位置一共19個位置，設(shè)光纖巧螺慣測裝置本體坐標(biāo)系為b，建立巧螺儀和加速度計
【主權(quán)項】
1. 一種高精度光纖陀螺慣測裝置標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟， S1，將光纖陀螺慣測裝置分別按照oi軸（i=X、Y、Z)三個軸正向翻轉(zhuǎn)90°、180°、 270°三次再反向旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°三次回到初始位置，一共進(jìn)行18次位置翻轉(zhuǎn)； S2,18次位置翻轉(zhuǎn)加上初始位置一共19個位置，設(shè)所述光纖陀螺慣測裝置本體坐標(biāo)系 為b，建立陀螺儀和加速度計的誤差模型關(guān)系如下：
為三只陀螺儀的測量誤差，
為陀螺儀 的零偏，
為陀螺儀的耦合系數(shù)，
為陀螺儀的輸出值，
為三只加速度計的測量誤差，
為加速度計的零偏，
為加速度計的耦合系數(shù)，，
為加速度計輸出值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖陀螺慣測裝置標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下 步驟， S3,設(shè)導(dǎo)航坐標(biāo)系為n，建立簡化的速度誤差方程和姿態(tài)誤差方程如下：
其中
為三個軸的加速度誤差，
為三個軸的姿態(tài)角加速度誤差，
為三個軸的姿態(tài)誤差，
為加速度計在導(dǎo)航坐標(biāo)系n的輸出，
. 為地速分量在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的投影值，
為加速度計在導(dǎo)航坐標(biāo)系n的測量誤 差，
為陀螺儀在導(dǎo)航坐標(biāo)系n的測量誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光纖陀螺慣測裝置標(biāo)定方法，其特征在于，包含初始 對準(zhǔn)、位置翻轉(zhuǎn)和靜態(tài)導(dǎo)航三個過程計算；其中， 初始對準(zhǔn)過程：所述光纖陀螺慣測裝置在第〇個位置（初始位置）下進(jìn)行初始對準(zhǔn)得 到的姿態(tài)轉(zhuǎn)換為：
在第m個位置下，加速度計在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的測量誤差為：
則計算速度誤差為：
初始對準(zhǔn)過程，^廣=0，即：
則可以計算出小在第m個位置誤差角初值4>x(l、4>y(l和z(l; 位置翻轉(zhuǎn)過程：所述光纖陀螺慣測裝置在第m位置下初始對準(zhǔn)完成時刻記為^，繞某 一軸oi(i=X、Y、Z)翻轉(zhuǎn)至第（m+1)位置下，翻轉(zhuǎn)角速度為4 (4>>吒），翻轉(zhuǎn)的角度為 90°，翻轉(zhuǎn)完成時刻為tb，忽略陀螺儀的常值漂移和 < 的影響，則產(chǎn)生的姿態(tài)誤差角f近 似為：
其中的結(jié)果如下：
在（utb)時間內(nèi)，產(chǎn)生的姿態(tài)角度誤差為：
靜態(tài)導(dǎo)航過程：在位置翻轉(zhuǎn)過程中翻轉(zhuǎn)至第（m+1)位置后，翻轉(zhuǎn)完成時刻為tb，開始靜 態(tài)導(dǎo)航，導(dǎo)航結(jié)束時刻為，對系統(tǒng)標(biāo)定誤差方程在（tb，te)時間段積分，得到該時間段內(nèi) 的速度誤差SVn和姿態(tài)角小，
將靜態(tài)導(dǎo)航過程中速度誤差方程寫成如下形式：
其中：
為tb時刻速度誤差值，SVDx、SVDy和SVDz表示三 軸速度積分后的誤差量，<1、aL、、Wi、<、4分別為三個方向速度誤差一次 項系數(shù)和二次項系數(shù)； 將靜態(tài)導(dǎo)航過程中姿態(tài)誤差方程寫成如下形式：
u表示姿態(tài)誤差方程一次項系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度光纖陀螺慣測裝置標(biāo)定方法，其特征在于，采用最小 二乘法辨識出Mxx、Myy、Mzz、Mxy、Mxz、Myx、Myz、Mzx、Mzy、Dx、Dy、Dz、Kxx、Kyy、Kzz、Kyx、Kzx、Kzy、Bx、By、 Bz共計21個參數(shù)量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度光纖陀螺慣測裝置標(biāo)定方法，其特征在于， 建立<、<、<、<、< 的量測方程為： Zi=Hi?Xi+Vi(i=x,y,z) 其中：
利用最小二乘法估計狀態(tài)矢量Xi，計算如下：
【專利摘要】一種高精度光纖陀螺慣測裝置標(biāo)定方法，包括以下步驟，S1，將光纖陀螺慣測裝置分別按照oi軸(i＝X、Y、Z)三個軸正向翻轉(zhuǎn)90°、180°、270°三次再反向旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°三次回到初始位置；S2，18次位置翻轉(zhuǎn)加上初始位置一共19個位置，充分激勵出儀表在靜態(tài)和動態(tài)工況下的誤差，并利用參數(shù)估計方法進(jìn)行了最優(yōu)估計。本發(fā)明無需反復(fù)加斷電，僅僅通過按照一定的順序翻轉(zhuǎn)，即可完成參數(shù)的辨識，避免重復(fù)上電和標(biāo)定過程基準(zhǔn)不一致造成的影響。
【IPC分類】G01C25-00
【公開號】CN104567932
【申請?zhí)枴緾N201510024279
【發(fā)明人】張峰, 向政, 邢向明, 孟祥濤, 邢輝, 韓英杰, 鄭極石, 劉玲
【申請人】北京航天時代光電科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月16日