CN101936745A - 平台惯导陀螺常值漂移标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯性导航系统标定技术，涉及对惯性导航系统的平台惯导陀螺常值漂移标定方法。本发明在系统装备使用中可准确标定陀螺常值漂移，避免了定期标定陀螺常值漂移的额外工作，提高了系统的对准精度和导航精度。在惯性导航系统罗经对准过程中对陀螺常值漂移的准确测试修订，避免了由于惯性元器件在初始温度较低的情况下，对陀螺常值漂移的错误测试修订带来的对准和导航误差。节省了检测筛选的人力、物力，提高了效率和使用成活率。使用本发明后，惯性导航系统使用成活率从50％提高到80％以上。

Description

平台惯导陀螺常值漂移标定方法

技术领域

本发明属于惯性导航系统标定技术，涉及对惯性导航系统的平台惯导陀螺常值漂移标定方法。

背景技术

惯性导航系统在环境温度较低或每天第一次使用时，罗经对准很难达到性能指标要求，对惯性导航系统的交付和装备使用已造成不良影响。该型惯性导航系统在惯性元器件初始温度较低的情况下，由于其快速稳定性不好，影响罗经对准精度和导航精度。

惯性导航系统开机的对准时间仅为8min，其罗经对准方案是：1、系统启动；2、平台扶正转稳定；3、系统粗对准；4、系统精对准；在精对准过程中进行测试并修正陀螺常值漂移。

在这种情况下，当惯性元器件在初始温度较低的情况下时，系统将其加温至工作点温度并恒定在73℃，其温度恒定时间长，惯性元器件在8min对准时间内稳定性不好，使得陀螺常值漂移测试不准确，影响系统对准导航精度。

发明内容

本发明的目的是，提出一种陀螺常值漂移测试准确的平台惯导陀螺常值漂移标定方法。

本发明的技术方案是，

(1)、系统启动，系统进入罗经对准；

(2)、系统启动后10s内，测试惯性陀螺温度；

(3)、平台扶正转稳定；

(4)、系统粗对准，初估游移角，

计算公式如下：

粗对准：

$\widehat{\mathrm{\α}}={\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{\mathrm{\Ω}\cos {\mathrm{\φ}}_0\sin {\mathrm{\α}}_c+b_x}{\mathrm{\Ω}\cos {\mathrm{\φ}}_0\cos {\mathrm{\α}}_c+b_y}\right);$

(5)、系统精对准，精修游移角，T₀＜30℃时，不修正陀螺常值漂移；T₀≥30℃时，修正陀螺常值漂移，

T₀＜30℃时，计算公式如下：

精对准：

$\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c=\frac{b_x\×\cos {\mathrm{\α}}_c-b_y\×\sin {\mathrm{\α}}_c}{\mathrm{\Ω}\×\cos {\mathrm{\φ}}_0}$

$\widehat{\mathrm{\α}}-\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c\⇒\widehat{\mathrm{\α}}$

${\mathrm{\ψ}}_T={\mathrm{\ψ}}_p-\widehat{\mathrm{\α}}$

其中：

T0——元器件初始温度，℃；

b_x、b_y——平台水平x、y轴漂移，″/s；

——估算游移角，弧度；

α_c——当前游移角，弧度；

——游移角修正值，弧度；

Ω——地球自转角速率，Ω＝15.04106853″/s；

φ₀——初始纬度，弧度；

ψ_T、ψ_p——真航向和采样瞬时的平台航向角，弧度；

T0≥30℃时，计算公式如下：

精对准：

$\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c=\frac{b_x\×\cos {\mathrm{\α}}_c-b_y\×\sin {\mathrm{\α}}_c}{\mathrm{\Ω}\×\cos {\mathrm{\φ}}_0}$

$\widehat{\mathrm{\α}}-\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c\⇒\widehat{\mathrm{\α}}$

${\mathrm{\ψ}}_T={\mathrm{\ψ}}_p-\widehat{\mathrm{\α}}$

ΔE_N＝b_x×sinα_c+b_y×cosα_c

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{E}_x=\mathrm{\Δ}{E}_N\×\sin {\mathrm{\α}}_c\\ \mathrm{\Δ}{E}_y=\mathrm{\Δ}{E}_N\×\cos {\mathrm{\α}}_c\\ \mathrm{\Δ}{E}_z=b_z\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{x0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_x\⇒E_{x0}\\ E_{y0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_y\⇒E_{y0}\\ E_{z0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_z\⇒E_{z0}\end{array}\right.$

m＝1

其中：

T0——元器件初始温度，℃；

b_x、b_y、b_z——平台水平x、y、z轴漂移，″/s；

α_c——当前游移角，弧度；

——估算游移角，弧度；

——游移角修正值，弧度；

Ω——地球自转角速率，Ω＝15.04106853″/s；

φ₀——初始纬度，弧度；

ψ_T、ψ_p——真航向和采样瞬时的平台航向角，弧度；

ΔE_x、ΔE_y、ΔE_z——陀螺X、Y、Z轴逐次漂移，″/s；

E_x0、E_y0、E_z0——陀螺X、Y、Z轴常值漂移，″/s。

本发明的优点是：系统在停用时间小于2h再次使用，惯性元器件的初始温度(由关机时工作温度点73℃自然下降)一般为≥30℃，充分利用惯性元器件在初始温度较高的情况下，其性能满足要求的特点，在惯性导航系统罗经对准过程中对陀螺常值漂移的准确测试修订，避免了由于惯性元器件在初始温度较低的情况下，对陀螺常值漂移的错误测试修订带来的对准和导航误差。节省了检测筛选的人力、物力，提高了效率和使用成活率。使用本发明后，惯性导航系统使用成活率从50％提高到80％以上。在系统装备使用中可准确标定陀螺常值漂移，避免了定期标定陀螺常值漂移的额外工作，同时提高了系统的对准精度和导航精度。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

由于1、陀螺、加速度计的特性在于，陀螺、加速度计的性能与工作温度密切相关，在其恒定的工作温度点73℃的情况下，其性能稳定性是最佳状态；

2、惯性导航系统温控特性，每天第一次使用，在环境温度较低的情况下，系统将以上惯性元器件加温至工作点需较长时间，直接影响惯性元器件的快速稳定性，从而影响惯性导航系统对准和导航性能。在停用时间小于2h再次使用，惯性元器件的初始温度(由关机时工作温度点73℃自然下降)一般为≥30℃；

3、系统工作状态确定；在系统对准时间固定的情况下，由于惯性元器件的初始温度不同，造成系统加温至工作点所需时间不同，从而决定惯性导航系统对准性能不同。为了提高系统的对准精度，充分利用元器件的性能特性，根据其初始温度，确定惯性导航系统在罗经对准过程中是否测试和修订陀螺常值漂移。

因此，在8min的对准时间内，每天第一次使用，在环境温度较低的情况下，由于惯性元器件性能没有稳定，罗经对准过程会测试产生X、Y、Z轴陀螺常值漂移误差，因此罗经对准只测试游移角，不修订陀螺常值漂移。避免了由于陀螺常值漂移误差造成惯性导航系统罗经对准测试的游移角误差。提高了罗经对准方位精度。平台惯导陀螺常值漂移标定方法是，

(1)、系统启动，系统进入罗经对准；

(2)、系统启动后10s内，测试惯性陀螺温度；

(3)、平台扶正转稳定；

(4)、系统粗对准，初估游移角，

计算公式如下：

粗对准：

$\widehat{\mathrm{\α}}={\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{\mathrm{\Ω}\cos {\mathrm{\φ}}_0\sin {\mathrm{\α}}_c+b_x}{\mathrm{\Ω}\cos {\mathrm{\φ}}_0\cos {\mathrm{\α}}_c+b_y}\right);$

(5)、系统精对准，精修游移角，T0＜30℃时，不修正陀螺常值漂移；T0≥30℃时，修正陀螺常值漂移，

T0＜30℃时，计算公式如下：

精对准：

$\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c=\frac{b_x\×\cos {\mathrm{\α}}_c-b_y\×\sin {\mathrm{\α}}_c}{\mathrm{\Ω}\×\cos {\mathrm{\φ}}_0}$

$\widehat{\mathrm{\α}}-\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c\⇒\widehat{\mathrm{\α}}$

${\mathrm{\ψ}}_T={\mathrm{\ψ}}_p-\widehat{\mathrm{\α}}$

其中：

T0——元器件初始温度，℃；

b_x、b_y——平台水平x、y轴漂移，″/s；

——估算游移角，弧度；

α_c——当前游移角，弧度；

——游移角修正值，弧度；

Ω——地球自转角速率，Ω＝15.04106853″/s；

φ₀——初始纬度，弧度；

ψ_T、ψ_p——真航向和采样瞬时的平台航向角，弧度；

T0≥30℃时，计算公式如下：

精对准：

$\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c=\frac{b_x\×\cos {\mathrm{\α}}_c-b_y\×\sin {\mathrm{\α}}_c}{\mathrm{\Ω}\×\cos {\mathrm{\φ}}_0}$

$\widehat{\mathrm{\α}}-\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c\⇒\widehat{\mathrm{\α}}$

${\mathrm{\ψ}}_T={\mathrm{\ψ}}_p-\widehat{\mathrm{\α}}$

ΔE_N＝b_x×sinα_c+b_y×cosα_c

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{E}_x=\mathrm{\Δ}{E}_N\×\sin {\mathrm{\α}}_c\\ \mathrm{\Δ}{E}_y=\mathrm{\Δ}{E}_N\×\cos {\mathrm{\α}}_c\\ \mathrm{\Δ}{E}_z=b_z\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{x0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_x\⇒E_{x0}\\ E_{y0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_y\⇒E_{y0}\\ E_{z0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_z\⇒E_{z0}\end{array}\right.$

m＝1

其中：

T0——元器件初始温度，℃；

b_x、b_y、b_z——平台水平x、y、z轴漂移，″/s；

α_c——当前游移角，弧度；

——估算游移角，弧度；

——游移角修正值，弧度；

Ω——地球自转角速率，Ω＝15.04106853″/s；

φ₀——初始纬度，弧度；

ψ_T、ψ_p——真航向和采样瞬时的平台航向角，弧度；

ΔE_x、ΔE_y、ΔE_z——陀螺X、Y、Z轴逐次漂移，″/s；

E_x0、E_y0、E_z0——陀螺X、Y、Z轴常值漂移，″/s。

(6)、罗经对准合格判据；惯性导航系统经过罗经对准，真航向满足-6′≤航向误差≤+6′要求。

实施例一

测试惯性导航系统01，机头指地理北方向。在室温第一次使用，元器件T0＝18.2℃时；关机后停用1h，元器件T0＝50.6℃时；关机后停用3h，元器件在T0＝28.1℃时；罗经对准方法测试计算得到：

T0＝18.2℃ Ex0＝0.451 Ey0＝1.024 Ez0＝0.892 ΨT＝6′

T0＝50.6℃ Ex0＝0.452 Ey0＝1.033 Ez0＝0.925 ΨT＝3′

T0＝28.1℃Ex0＝0.452Ey0＝1.033Ez0＝0.925ΨT＝-5′

实施例二

测试惯性导航系统02，机头指地理南方向。关机后停用10min，元器件T0＝68.1℃时；关机后停用1.5h，元器件T0＝30℃时；关机后停用30min，元器件在T0＝56.9℃时；罗经对准方法测试计算得到：

T0＝68.1℃ Ex0＝-0.653 Ey0＝0.750 Ez0＝-1.456 ΨT＝180°1′

T0＝30℃ Ex0＝-0.652 Ey0＝0.743 Ez0＝-1.477 ΨT＝180°4′

T0＝56.9℃ Ex0＝-0.654 Ey0＝0.755 Ez0＝-1.441 ΨT＝179°56′

实施例三

测试惯性导航系统03，机头指地理西方向。关机后停用4h，元器件T₀＝23.5℃时；关机后停用5h，元器件T₀＝23.1℃时；关机后停用8h，元器件在T₀＝22.9℃时；罗经对准方法测试计算得到：

T₀＝23.5℃ E_x0＝0.345 E_y0＝-0.432 E_z0＝-0.675 Ψ_T＝269°55′

T₀＝23.1℃ E_x0＝0.345 E_y0＝-0.432 E_z0＝-0.675 Ψ_T＝269°54′

T₀＝22.9℃ E_x0＝0.345 E_y0＝-0.432 E_z0＝-0.675 Ψ_T＝270°5′

Claims (1)

1.一种平台惯导陀螺常值漂移标定方法，其特征在于：

(1)、系统启动，系统进入罗经对准；

(2)、系统启动后10s内，测试惯性陀螺温度；

(3)、平台扶正转稳定；

(4)、系统粗对准，初估游移角，

计算公式如下：

粗对准：

$\widehat{\mathrm{\α}}={\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{\mathrm{\Ω}\cos {\mathrm{\φ}}_0\sin {\mathrm{\α}}_c+b_x}{\mathrm{\Ω}\cos {\mathrm{\φ}}_0\cos {\mathrm{\α}}_c+b_y}\right);$

(5)、系统精对准，精修游移角，T₀＜30℃时，不修正陀螺常值漂移；T₀≥30℃时，修正陀螺常值漂移，

T₀＜30℃时，计算公式如下：

精对准：

$\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c=\frac{b_x\×\cos {\mathrm{\α}}_c-b_y\×\sin {\mathrm{\α}}_c}{\mathrm{\Ω}\×\cos {\mathrm{\φ}}_0}$

$\widehat{\mathrm{\α}}-\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c\⇒\widehat{\mathrm{\α}}$

${\mathrm{\ψ}}_T={\mathrm{\ψ}}_p-\widehat{\mathrm{\α}}$

其中：

T₀——元器件初始温度，℃；

b_x、b_y——平台水平x、y轴漂移，″/s；

——估算游移角，弧度；

α_c——当前游移角，弧度；

——游移角修正值，弧度；

Ω——地球自转角速率，Ω＝15.04106853″/s；

φ₀——初始纬度，弧度；

ψ_T、ψ_p——真航向和采样瞬时的平台航向角，弧度；

T0≥30℃时，计算公式如下：

精对准：

$\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c=\frac{b_x\×\cos {\mathrm{\α}}_c-b_y\×\sin {\mathrm{\α}}_c}{\mathrm{\Ω}\×\cos {\mathrm{\φ}}_0}$

$\widehat{\mathrm{\α}}-\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\α}}}_c\⇒\widehat{\mathrm{\α}}$

${\mathrm{\ψ}}_T={\mathrm{\ψ}}_p-\widehat{\mathrm{\α}}$

ΔE_N＝b_x×sinα_c+b_y×cosα_c

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{E}_x=\mathrm{\Δ}{E}_N\×\sin {\mathrm{\α}}_c\\ \mathrm{\Δ}{E}_y=\mathrm{\Δ}{E}_N\×\cos {\mathrm{\α}}_c\\ \mathrm{\Δ}{E}_z=b_z\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{x0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_x\⇒E_{x0}\\ E_{y0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_y\⇒E_{y0}\\ E_{z0}+m\×\mathrm{\Δ}{E}_z\⇒E_{z0}\end{array}\right.$

m＝1

其中：

T0——元器件初始温度，℃；

b_x、b_y、b_z——平台水平x、y、z轴漂移，″/s；

α_c——当前游移角，弧度；

——估算游移角，弧度；

——游移角修正值，弧度；

Ω——地球自转角速率，Ω＝15.04106853″/s；

φ₀——初始纬度，弧度；

ψ_T、ψ_p——真航向和采样瞬时的平台航向角，弧度；

ΔE_x、ΔE_y、ΔE_z——陀螺X、Y、Z轴逐次漂移，″/s；

E_x0、E_y0、E_z0——陀螺X、Y、Z轴常值漂移，″/s。