基于三轴转台的捷联惯性系统陀螺安装误差快速测量方法

摘要

本发明的目的在于提供基于三轴转台的捷联惯性系统陀螺安装误差快速测量方法。将捷联系统安装在三轴转台的基座上，Y陀螺、X陀螺、Z陀螺的敏感轴分别指向转台的内框、中框、外框，且内框指东向、中框指北向、外框指天向；转台取东北天向，分别调整内框、中矿和外框的角度，分别使Y陀螺、X陀螺和Z陀螺满足输出要求，得到陀螺第一～第六安装误差。本发明把安装误差从陀螺标定中分离出来，通过三轴转台直接、快速对其进行测量，避免了传统速率实验陀螺标定测试方法中各测量参数相互耦合带来的影响。与现有技术相比，该方法简单、快速，物理概念明确，容易理解，计算量小，是一种快速、直接的、独立的、精度较高的测量方法。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种导航领域的导航器件安装误差的测量方法。

背景技术

捷联惯性系统反应时间短、可靠性高、体积小、重量轻，并具有一定的精度，广泛地被使用在导航领域，具有巨大的经济效益。

安装误差是捷联惯性系统误差源的一个重要组成部分，因此在实际系统中，为提高导航系统的精度，首先要尽可能按精度要求精确安装好陀螺，然后测量估计出安装误差，以便进行修正补偿，降低陀螺的安装误差对系统带来的不利影响。

传统测量陀螺安装误差的方法是在惯性器件标定时，通过转台速率实验得到陀螺安装误差，此过程耗时特别长，各种测量参数与安装误差互相耦合，互相影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高安装误差测量精度的基于三轴转台的捷联惯性系统陀螺安装误差快速测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于三轴转台的捷联惯性系统陀螺安装误差快速测量方法，其特征是：

(1)将捷联系统安装在三轴转台的基座上，Y陀螺、X陀螺、Z陀螺的敏感轴分别指向转台的内框、中框、外框，且内框指东向、中框指北向、外框指天向；

(2)转台取东北天向，记下此时Y陀螺的输出值ε_y1，然后外框正转或反转β₁度、使此处的Y陀螺的输出值与ε_y1一致，则θ_yz＝0.5β₁，θ_yz为陀螺第一安装误差；

(3)转台取东北天向，外框转动90度，记下此时Y陀螺的输出值ε_y2，接着中框转动180度，然后再将中框正转或反转β₂角度、使此处的Y陀螺的输出值与ε_y2一致，则θ_yx＝0.5β₂，θ_yx为陀螺第二安装误差；

(4)转台取东北天向，然后内框正转动90度，接着中框正转动90度，记下此时X陀螺的输出值ε_x1，然后内框正转或反转α₁角、使此处的X陀螺的输出值与ε_x1一致，则θ_xy＝0.5α₁，θ_xy为陀螺第三安装误差；

(5)转台取东北天向，然后内框正转动90度，记下此时Z陀螺的输出值ε_z1，接着内框正转动180度，然后再将内框正转或反转γ₁角、使此处的Z陀螺的输出值与ε_z1一致，则θ_zy＝0.5γ₁，θ_zy为陀螺第四安装误差；

(6)转台取东北天向，接着内框正转90度，然后外框正转动90度，记下此时Z陀螺的输出值ε_z2，接下来外框正转或反转γ₂角、使此处的Z陀螺的输出值与ε_z2一致，则θ_zx＝0.5γ₂，θ_zx为陀螺第五安装误差；

(7)转台取东北天向，然后中框正转动90度，接着内框正转动180度，记下此时X陀螺的输出值ε_x2，然后内框在转动180度，接着再将内框正转或反转α₂角、使此处的X陀螺的输出值与ε_x2一致，则θ_xz＝0.5α₂，θ_xz为陀螺第六安装误差。

本发明的优势在于：把安装误差从陀螺标定中分离出来，通过三轴转台直接、快速对其进行测量，避免了传统速率实验陀螺标定测试方法中各测量参数相互耦合带来的影响。与现有技术相比，该方法简单、快速，物理概念明确，容易理解，计算量小，是一种快速、直接的、独立的、精度较高的测量方法。

附图说明

图1为本发明的陀螺六个安装误差θ_xy，θ_xz，θ_yx，θ_yz，θ_zx，θ_zy坐标示意图；

图2为本发明的陀螺安装误差测量原理图1；

图3为本发明的陀螺安装误差测量原理图2；

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

图1为陀螺六个安装误差θ_xy，θ_xz，θ_yx，θ_yz，θ_zx，θ_zy坐标示意图，OXYZ为标准正交坐标系，OX_bY_bZ_b为陀螺的三个敏感轴组成的非正交坐标系。OX′为OX_b在平面OZX上的投影，二者的夹角为θ_xz，OX′与OX夹角为θ_xy，这样OX_b与OX之间的安装误差可以用上述两个参数θ_xz，θ_xy来描述；同理，OY′为OY_b在平面OXY上的投影，OY_b与OY之间的安装误差角可以用两个小角度θ_yx，θ_yz来描述；OZ′为OZ_b在平面OZY上的投影，OZ_b与OZ之间的安装误差也可以用两个小角度θ_zy，θ_zx来描述。

结合图2、图3，本发明的适合于捷联惯性系统陀螺安装误差确定方法的原理如下：

图2中，假设X陀螺的敏感轴OX_b偏离OXZ面的夹角为θ，此时OX_b轴在ob处，oa为OXZ面，可以记下此处X陀螺的输出值；然后oa转动180度到oa′处，则X陀螺转动到ob′处，若向上转动oa至oa″处，使得此处X陀螺的输出值与ob处陀螺的输出值相等，此时OX_b轴位于ob″处，则ob″与OXZ面的夹角为θ，OXZ面从oa′到oa″转动过的角度为2θ，记下从oa′到oa″转动过的角度，则θ的值等于OXZ面从oa′到oa″转动角度的一半，这样就直接得出了X陀螺的敏感轴OX_b与OXZ面的夹角。由于地球自转角速度仅在当地北向和天向有角速度分量，即在三轴转台的内框和外框方向有分量，因此测量某轴与平面的夹角时只能在东西方向的铅垂面内找到陀螺仪输出值相同的两个位置，即开始时陀螺必须指东或西，然后在东西方向的铅垂面内转动寻找输出值与初始处相同的位置。通过此原理可直接测出θ_yx，θ_xz，θ_zy。

图3中，假设Y陀螺的轴OY_b在面OXY的投影为Oa′，显然在北向的右边存在与OY_b对称的位置，在这两个对称位置处Y陀螺的输出值肯定相同，基于此，先记下北向左侧Y陀螺的输出值ε，然后天向轴缓慢转动角度θ，使此处的Y陀螺输出值与ε一致，则θ_yz＝0.5θ。通过此原理可直接测出θ_xy，θ_zx，θ_yz。

结合图4，本发明的适合于捷联惯性系统陀螺安装误差确定方法包括如下步骤：

(1)将捷联系统安装在三轴转台的基座上，Y陀螺、X陀螺、Z陀螺的敏感轴分别指向转台的内框、中框、外框，且内框指东向、中框指北向、外框指天向；

(2)转台取东北天向，记下此时Y陀螺的输出值ε_y1，然后外框正转或反转β₁度、使此处的Y陀螺的输出值与ε_y1一致，则θ_yz＝0.5β₁，θ_yz为陀螺第一安装误差；

(3)转台取东北天向，外框转动90度，记下此时Y陀螺的输出值ε_y2，接着中框转动180度，然后再将中框正转或反转β₂角度、使此处的Y陀螺的输出值与ε_y2一致，则θ_yx＝0.5β₂，θ_yx为陀螺第二安装误差；

(4)转台取东北天向，然后内框正转动90度，接着中框正转动90度，记下此时X陀螺的输出值ε_x1，然后内框正转或反转α₁角、使此处的X陀螺的输出值与ε_x1一致，则θ_xy＝0.5α₁，θ_xy为陀螺第三安装误差；

(5)转台取东北天向，然后内框正转动90度，记下此时Z陀螺的输出值ε_z1，接着内框正转动180度，然后再将内框正转或反转γ₁角、使此处的Z陀螺的输出值与ε_z1一致，则θ_zy＝0.5γ₁，θ_zy为陀螺第四安装误差；

(6)转台取东北天向，接着内框正转90度，然后外框正转动90度，记下此时Z陀螺的输出值ε_z2，接下来外框正转或反转γ₂角、使此处的Z陀螺的输出值与ε_z2一致，则θ_zx＝0.5γ₂，θ_zx为陀螺第五安装误差；

(7)转台取东北天向，然后中框正转动90度，接着内框正转动180度，记下此时X陀螺的输出值ε_x2，然后内框在转动180度，接着再将内框正转或反转α₂角、使此处的X陀螺的输出值与ε_x2一致，则θ_xz＝0.5α₂，θ_xz为陀螺第六安装误差。

其中：θ_xy，θ_xz，θ_yx，θ_yz，θ_zx，θ_zy为陀螺第一～第六安装误差；ε_x1，ε_x2为地球自转角速度在X陀螺上的投影分量，ε_y1，ε_y2为地球自转角速度在Y陀螺上的投影分量，ε_z1，ε_z2为地球自转角速度在Z陀螺上的投影分量，上述投影分量均为脉冲信号；α₁为步骤4中转台最后时刻绕内框转动的角度，α₂为步骤7中转台最后时刻绕内框转动的角度，β₁为步骤2中转台最后时刻绕外框转动的角度，β₂为步骤3中转台最后时刻绕中框转动的角度，γ₁为步骤5中转台最后时刻绕内框转动的角度，γ₂为步骤6中转台最后时刻绕外框转动的角度。