CN101598545B - 捷联系统加速度计安装误差角直接测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种捷联系统加速度计安装误差角直接测量方法。本发明的方法把安装误差角从加速度计标定中分离出来，通过三轴转台直接对其进行测量，避免了传统加速度计标定测试方法中各参数测量不准对其带来的影响。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，是一种直接的、独立的、精度较高的测量方法。

Description

捷联系统加速度计安装误差角直接测量方法

(一)技术领域

本发明涉及的是一种测量方法，特别是涉及一种捷联惯性系统中加速度计安装误差角的测量方法。

(二)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，广泛地被使用在导弹、飞机、火炮等军用和民用导航领域，具有重要的国防意义和巨大的经济效益。

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加速度计，然后测量估计出安装误差角，以便进行修正补偿，降低加速度计的安装误差对系统带来的不利影响。

传统测量加速度计安装误差角的方法是在惯性器件标定时，首先通过转台速率实验得到陀螺的标度因数和安装误差，然后进行二十四位置实验，通过一系列计算得出安装误差。这种方法是基于先求出陀螺的标度因数和安装误差，由于陀螺的数学模型是一种近似表达，从而陀螺的标度因数和安装误差也只能近似得出，存在误差，直接导致加速度计的安装误差测量不准。若采用更精确的数学模型进行描述，又会导致实际操作困难和成本增加。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高安装误差角的测量精度的捷联系统加速度计安装误差角直接测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤1、将捷联系统安装在三轴转台的基座上，Y加速度计、X加速度计、Z加速度计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；

步骤2、转台取东北天向，记下此时Y加速度计的输出值A_y1，接着中框正转180度，看此时Y加速度计的输出，然后转台绕中框正转或反转β₁角，使此处的Y加速度计的输出值与A_y1一致，则θ_yx＝0.5β₁；

步骤3、转台取东北天向，记下X陀螺的输出值A_x1，接下来，内框正转180度，看此处X加速度计的输出值，然后转台绕内框正转或反转α₁，使X加速度计的输出值与A_x1一致，则θ_xy＝0.5α₁；

步骤4、转台取东北天向，然后内框正转动90度，记下此时Z加速度计的输出值A_z1，接着内框正转动180度，看此时Z加速度计的输出，然后内框正转或反转γ₁角，使此处的Z加速度计的输出值与A_z1一致，则θ_zy＝0.5γ₂；

步骤5、转台取东北天向，然后内框正转动90度，记下此时Y加速度计的输出值A_y2，接着中框正转动180度，看此时Y加速度计的输出，然后中框正转或反转β₂角，使此处的Y加速度计的输出值与A_y2一致，则θ_yz＝0.5β₂；

步骤6、转台取东北天向，然后中框正转90度，记下此时Z加速度计的输出值A_z2，接着中框正转180度，看此时Z加速度计的输出，然后中框正转或反转γ₂角，使此处的Z加速度计的输出值与A_z2一致，则θ_zx＝0.5γ₂；

步骤7、转台取东北天向，然后内框转动90度，中框转动90度，记下此时X加速度计的输出值A_x2，然后中框转动180度，看此时X加速度计的输出，接着中框正转或反转α₂角，使此处的X加速度计的输出值与A_x2一致，则θ_xz＝0.5α₂；

其中：θ，θ_xz，θ_yx，θ_z，θ_zx，θ为加速度计六个安装误差角；A_x1，A_x2为当地重力加速度在X加速度计上的投影分量，A_y1，A_y2为当地重力加速度在Y加速度计上的投影分量，A_z1，A_z2为当地重力加速度在Z加速度计上的投影分量，上述投影分量均为脉冲信号；α₁为步骤3中转台最后时刻绕内框转动的角度，α₂为步骤7中转台最后时刻绕中框转动的角度，β₁为步骤2中转台最后时刻绕中框转动的角度，β₂为步骤5中转台最后时刻绕中框转动的角度，γ₁为步骤4中转台最后时刻绕内框转动的角度，γ₂为步骤6中转台最后时刻绕中框转动的角度。

本发明的方法把安装误差角从加速度计标定中分离出来，通过三轴转台直接对其进行测量，避免了传统加速度计标定测试方法中各参数测量不准对其带来的影响。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，是一种直接的、独立的、精度较高的测量方法。

(四)附图说明

图1为加速度计六个安装误差角θ_xy，θ_xz，θ_yx，θ_yz，θ_zx，θ_zy坐标示意图。

图2为加速度计安装误差角测量原理图。

图3为本发明的加速度计安装误差角测试方案流程图。

图4为本发明的测试结果与二十四位置测试结果比较表。

(五)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为加速度计六个安装误差角θ_xy，θ_xz，θ_yx，θ_yz，θ_zx，θ_zy，OXYZ为标准正交坐标系，OX_bY_bZ_b为加速度计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之间的安装误差角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之间的安装误差角也可以用两个小角度θ_zy，θ_zx来描述。

结合图2，本发明的适合于捷联惯性系统加速度计安装误差角确定方法的原理如下：

假设X加速度计的敏感轴OX_b偏离OXZ面的夹角为θ，此时OX_b轴在ob处，oa为OXZ面，我们可以记下此处X加速度计的输出值；然后oa转动180度到oa′处，则X加速度计转动到ob′处，若向上转动oa至oa″处，使得此处X加速度计的输出值与ob处加速度计的输出值相等，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，这样我们就直接得出了X加速度计的敏感轴OX_b与OXZ面的夹角。

结合图3，本发明的适合于捷联惯性系统加速度计安装误差角确定方法包括如下步骤：

步骤1、捷联系统安装在三轴转台的基座上，Y加速度计、X加速度计、Z加速度计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，即转台取东北天向。图中OXYZ为转台内框、中框、外框组成的东北天正交坐标系，随框架一起转动。

步骤2、转台取东北天向，记下此时Y加速度计的输出值A_y1，接着中框正转180度，看此时Y加速度计的输出，然后转台绕中框正转(或反转)β₁角，使此处的Y加速度计的输出值与A_y1一致，则θ_yx＝0.5β₁。

步骤3、转台取东北天向，记下X陀螺的输出值A_x1，接下来，内框正转180度，看此处X加速度计的输出值，然后转台绕内框正转(或反转)α₁，使X加速度计的输出值与A_x1一致，则θ_xy＝0.5α₁。

步骤4、转台取东北天向，然后内框正转动90度，记下此时Z加速度计的输出值A_z1，接着内框正转动180度，看此时Z加速度计的输出，然后内框正转(或反转)γ₁角，使此处的Z加速度计的输出值与A_z1一致，则θ_zy＝0.5β₂。

步骤5、转台取东北天向，然后内框正转动90度，记下此时Y加速度计的输出值A_y2，接着中框正转动180度，看此时Y加速度计的输出，然后中框正转(或反转)β₂角，使此处的Y加速度计的输出值与A_y2一致，则θ_yz＝0.5β₂。

步骤6、转台取东北天向，然后中框正转90度，记下此时Z加速度计的输出值A_z2，接着中框正转180度，看此时Z加速度计的输出，然后中框正转(或反转)γ₂角，使此处的Z加速度计的输出值与A_z2一致，则θ_zx＝0.5γ₂。

步骤7、转台取东北天向，然后内框转动90度，中框转动90度，记下此时X加速度计的输出值A_x2，然后中框转动180度，看此时X加速度计的输出，接着中框正转(或反转)α₂角，使此处的X加速度计的输出值与A_x2一致，则θ_xz＝0.5α₂。

图4为本发明的测试结果与二十四位置测试结果比较。可以看出本发明方法测试出来的加速度计安装误差角替换二十四位置测试出来的加速度计安装误差后，求解出来的标度因数非线性度小很多，标度因数非线性度大幅得到改善，本发明测试出来的安装误差角精度比二十四位置更高。

Claims (1)

1.一种捷联系统加速度计安装误差角直接测量方法，其特征是：

步骤1、将捷联系统安装在三轴转台的基座上，Y加速度计、X加速度计、Z加速度计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；

步骤2、转台取东北天向，记下此时Y加速度计的输出值A_y1，接着转台绕中框正转180度，看此时Y加速度计的输出，然后转台绕中框正转β₁角，使此处的Y加速度计的输出值与A_y1一致，则θ_yx＝0.5β₁；

步骤3、转台取东北天向，记下X陀螺的输出值A_x1，接下来，转台绕内框正转180度，看此处X加速度计的输出值，然后转台绕内框正转α₁，使X加速度计的输出值与A_x1一致，则θ_xy＝0.5α₁；

步骤4、转台取东北天向，然后转台绕内框正转90度，记下此时Z加速度计的输出值A_z1，接着转台绕内框正转180度，看此时Z加速度计的输出，然后转台绕内框正转γ₁角，使此处的Z加速度计的输出值与A_z1一致，则θ_zy＝0.5γ₁；

步骤5、转台取东北天向，然后转台绕内框正转90度，记下此时Y加速度计的输出值A_y2，接着转台绕中框正转180度，看此时Y加速度计的输出，然后转台绕中框正转β₂角，使此处的Y加速度计的输出值与A_y2一致，则θ_yz＝0.5β₂；

步骤6、转台取东北天向，然后转台绕中框正转90度，记下此时Z加速度计的输出值A_z2，接着转台绕中框正转180度，看此时Z加速度计的输出，然后转台绕中框正转γ₂角，使此处的Z加速度计的输出值与A_z2一致，则θ_zx＝0.5γ₂；

步骤7、转台取东北天向，然后转台绕内框转动90度、再绕中框转动90度，记下此时X加速度计的输出值A_x2，然后转台绕中框转动180度，看此时X加速度计的输出，接着转台绕中框正转α₂角，使此处的X加速度计的输出值与A_x2一致，则θ_xz＝0.5α₂；

其中：θ_xy，θ_xz，θ_yx，θ_yz，θ_zx，θ_zy为加速度计六个安装误差角；A_x1，A_x2为当地重力加速度在X加速度计上的投影分量，A_y1，A_y2为当地重力加速度在Y加速度计上的投影分量，A_z1，A_z2为当地重力加速度在Z加速度计上的投影分量，上述投影分量均为脉冲信号；α₁为步骤3中转台最后时刻绕内框转动的角度，α₂为步骤7中转台最后时刻绕中框转动的角度，β₁为步骤2中转台最后时刻绕中框转动的角度，β₂为步骤5中转台最后时刻绕中框转动的角度，γ₁为步骤4中转台最后时刻绕内框转动的角度，γ₂为步骤6中转台最后时刻绕中框转动的角度。

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