CN102426456B - 一种惯性系统的托架标定和补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于惯性技术领域，涉及一种用于航空、航天、航海、陆基导航定位的惯性系统的托架标定和补偿方法。本发明采用与惯性系统独立的外部补偿器的方式，将一些与运载体有关的参数一次性放在外部补偿器内，当正常工作时，惯性系统可以直接从外部补偿器内提取数据，省去了大量的调平时间和调平工作。将一些与运载体或托架有关的参数(如俯仰安装误差、横滚安装误差、磁传感器的罗差数据等等)放在外部补偿器内非常可靠，解决了运载体上惯性系统故障或更换惯性系统后与运载体有关的参数丢失的问题，在惯性系统出现故障时，惯性系统的俯仰安装误差、横滚安装误差及磁传感器的罗差数据等参数依然储存在外部补偿器内。

Description

一种惯性系统的托架标定和补偿方法
技术领域
本发明属于惯性技术领域，涉及一种用于航空、航天、航海、陆基导航定位的惯性系统的托架标定和补偿方法。
背景技术
惯性系统用于测量运载体的姿态、航向、位置、角速率、加速度等信息，提供给驾驶员或自动驾驶仪实现对运载体的正确操纵或控制。姿态信息（俯仰角和横滚角）安全性要求最高，是运载体上最重要的参数之一，因此需要确保惯性系统姿态的准确性。
目前，惯性系统装机时需要进行调水平，即，将惯性系统的基准面与运载体基准面调整一致，在此状态下惯性系统才能正确反映运载体的姿态。惯性系统调水平时，通常需要先将运载体调到水平位置，再通过不断调整惯性系统下的垫片厚度使惯性系统的基准面到水平位置，从而使惯性系统的基准面与运载体的基准面达到平行状态。整个过程十分费时费力，特别是当运载体体积较大或惯性系统安装位置空间比较狭小时，工作将更加困难。
发明内容
本发明的目的是：提出一种省时省力的一种惯性系统的托架标定和补偿方法。本发明的技术解决方案是，惯性系统分为标定和补偿两部分，在惯性系统正常工作之前，首先对惯性系统的托架进行标定，在惯性系统正常工作时，对惯性系统的托架进行补偿。
（一）托架标定
1.）将运载体调整到水平位置，将运载体上的“托架标定选择开关”闭合；
2.）启动惯性系统，惯性系统得到计算机可以识别的输入数字量，惯性系统进入托架标定状态；
3.）惯性系统工作在托架标定状态的同时，通过惯性系统中的输出离散量电路指示惯性系统的工作状态；
4.）此时，惯性系统实时计算其感测到的俯仰角和横滚角，惯性系统的计算机实时记录2--30分钟的俯仰角数据和横滚角数据，数据记录结束后，分别求俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0，俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0即为俯仰角安装误差和横滚角安装误差；
5.）将计算得到的俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0通过惯性系统总线传输并分别储存到外部补偿器的俯仰角安装误差存储单元和横滚角安装误差存储单元中；
6.）托架标定结束，系统退出托架标定状态并通过惯性系统中的输出离散量电路指示其工作状态；
7.）关闭惯性系统；
（二）托架补偿
1.）将运载体上的“托架标定选择开关”断开；
2.）启动惯性系统，惯性系统得到计算机可以识别的输入数字量，惯性系统进入正常工作状态；
3.）惯性系统工作在正常工作状态的同时，通过惯性系统中的输出离散量电路指示惯性系统的工作状态；
4.）惯性系统通过数据总线将储存在外部补偿器中的俯仰角安装误差θ0和横滚角安装误差γ0读入惯性系统的计算机中；
5.）惯性系统实时计算其感测到的俯仰角θ和横滚角γ，惯性系统对感测到的俯仰角θ和横滚角γ进行以下计算，得到俯仰角输出和横滚角输出：
俯仰角输出＝θ-θ0
横滚角输出＝γ-γ0。
所述的运载体平面与当地真实水平面的水平误差范围在0.01--0.1度范围内。
本发明具有的优点和有益效果，本发明采用与惯性系统独立的外部补偿器的方式，将一些与运载体或托架有关的参数（如俯仰安装误差、横滚安装误差、磁传感器的罗差数据等等）一次性放在外部补偿器内，当正常工作时，惯性系统可以直接从外部补偿器内提取数据，省去了大量的调平时间和调平工作。外部补偿器是一个简单的储存器，其可靠性相对于惯性系统来说非常高，通常惯性系统的平均故障间隔时间（MTBF）在数百小时到几千小时，而外部储存器的MTBF很容易的做到几十万小时甚至更高，因此将一些与运载体或托架有关的参数放在外部补偿器内非常可靠，解决了运载体上惯性系统故障或更换惯性系统后与运载体有关的参数丢失的问题，在惯性系统出现故障时，惯性系统的俯仰安装误差、横滚安装误差及磁传感器的罗差数据等参数依然储存在外部补偿器内。惯性系统正常工作时从外部补偿器中直接调用这些数据用来进行相关计算，即可以反映运载体的真实状态。
附图说明
图1是本发明托架标定流程图。
图2是本发明托架补偿流程图。
图3是本发明输入离散量转换电路原理图。
图4是本发明输出离散量转换电路原理图。
具体实施方式
该托架标定和补偿方法的应用依赖惯性系统的两个特性：
1.）惯性系统具有较高精度的姿态输出（或者在静态环境下精度较高，高于惯性系统要求的安装精度）；
2.）托架上安装惯性系统具有高度的机械重复性，即托架安装精度很高。
惯性系统安装在运载体内的托架上，当运载体调到水平后，惯性系统感测到的姿态即为托架未进行调水平带来的误差(即惯性系统基准面与运载体基准面的俯仰角安装误差和横滚角安装误差)。正常工作时，惯性系统感测到的俯仰角减去俯仰角安装误差得到运载体的真实俯仰角，惯性系统感测到的横滚角减去横滚角安装误差得到运载体的真实横滚角。
但是该方法同时带来一个问题，如果惯性系统的标定数据放在系统内部，那么惯性系统故障或更换惯性系统后将会丢失这些标定数据，也就是说换一个惯性系统就需要重新标定一次。这将给工作人员带来了很多重复性工作。
惯性系统分为标定和补偿两部分：在惯性系统正常工作之前，首先对惯性系统的托架进行标定；在惯性系统正常工作时，对惯性系统的托架进行补偿。
（一）托架标定
1.）将运载体调整到水平位置（当运载体的姿态精度要求高于或等于0.05度时，将运载体基准面调整到0.01度；当运载体的姿态精度要求高于或等于0.5度时，将运载体基准面调整到0.1度），将运载体上的“托架标定选择开关”闭合；
2.）启动惯性系统，惯性系统得到计算机可以识别的输入数字量，惯性系统进入托架标定状态；
3.）惯性系统工作在托架标定状态的同时，通过惯性系统中的输出离散量电路指示其工作状态；
4.）此时，惯性系统实时计算其感测到的俯仰角和横滚角，惯性系统的计算机实时记录2--30分钟的俯仰角数据和横滚角数据，数据记录结束后，分别求俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0，俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0即为俯仰角安装误差和横滚角安装误差；
5.）将计算得到的俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0通过惯性系统总线传输并分别储存到外部补偿器的俯仰角安装误差存储单元和横滚角安装误差存储单元中；
6.）托架标定结束，系统退出托架标定状态并通过惯性系统中的输出离散量电路指示其工作状态；
7.）关闭惯性系统；
（二）托架补偿
1.）将运载体上的“托架标定选择开关”断开；
2.）启动惯性系统，惯性系统得到计算机可以识别的输入数字量，惯性系统进入正常工作状态；
3.）惯性系统工作在正常工作状态的同时，通过惯性系统中的输出离散量电路指示其工作状态；
4.）惯性系统通过数据总线将储存在外部补偿器中的俯仰角安装误差θ0和横滚角安装误差γ0读入惯性系统的计算机中；
5.）惯性系统实时计算其感测到的俯仰角θ和横滚角γ，惯性系统对感测到的俯仰角θ和横滚角γ进行以下计算，得到俯仰角输出和横滚角输出：
俯仰角输出＝θ-θ0
横滚角输出＝γ-γ0。
实施例
1.托架标定，流程如图2所示。
1.）将运载体调整到与水平位置（例如使运载体平面与当地真实水平面的误差在0.1度范围内），将惯性系统上的“托架标定选择开关”闭合，即输入离散量“托架标定”接地。
2.）启动惯性系统，硬件上由光耦及相关电路(如图3)实现对输入离散量的电气转换，得到计算机I/O可以识别的输入数字量（标定控制字：“0”有效、“1”无效，此时为“0”）；计算机软件判到数字量为“0”后控制系统进入托架标定状态。
3.）系统工作在托架标定状态的同时通过离散量对外指示其工作状态。计算机置I/O输出数字量为“0”，通过相关电路(如图4)转换最终置离散出无效（输出28V高电平）。
4.）此时，惯性系统实时计算其感测到的俯仰角和横滚角，惯性系统的计算机实时记录数分钟（如5分钟）的俯仰角数据和横滚角数据。5分钟后，分别求俯仰角的平均值θ0（即俯仰角安装误差）和横滚角的平均值γ0（即横滚角安装误差）。
5.）将计算得到的θ0和γ0通过总线（如SPI总线）传输并分别储存到外部补偿器的俯仰角安装误差存储单元和横滚角安装误差存储单元中。
6.）托架标定结束，系统退出托架标定状态并通过离散量对外指示其工作状态。计算机置I/O输出数字量为“1”，通过相关电路(如图4)转换最终置离散出有效（输出悬空）。
7.）关闭惯性系统。
再次启动惯导进入正常工作状态，流程如图5所示。
1.）将惯性系统上的“托架标定选择开关”断开，即输入离散量“托架标定”悬空。
2.）启动惯性系统，由光耦及相关电路(如图3)实现对输入离散量的电气转换，得到计算机I/O可以识别的输入数字量（标定控制字：“0”有效、“1”无效，此时为“1”）；计算机通过软件判到输入数字量为“1”后控制系统进入其正常工作状态。
3.）系统通过离散量对外指示其正常工作状态。计算机置I/O输出数字量为“1”（标定状态字：“0”有效、“1”无效，此时为“1”），通过相关电路转换最终置离散出无效（输出悬空）。
4.）正常工作状态下，惯性系统实时计算其感测到的俯仰角θ和横滚角γ，系统软件对感测到的俯仰角和横滚角进行以下计算得到俯仰角输出和横滚角输出：
俯仰角输出＝θ-θ0
横滚角输出＝γ-γ0。

Claims (2)

1.一种惯性系统的托架标定和补偿方法，其特征是，惯性系统分为标定和补偿两部分，在惯性系统正常工作之前，首先对惯性系统的托架进行标定，在惯性系统正常工作时，对惯性系统的托架进行补偿，
（一）托架标定，
1.）将运载体调整到水平位置，将运载体上的“托架标定选择开关”闭合；
2.）启动惯性系统，惯性系统得到计算机可以识别的输入数字量，惯性系统进入托架标定状态；
3.）惯性系统工作在托架标定状态的同时，通过惯性系统中的输出离散量电路指示惯性系统的工作状态；
4.）此时，惯性系统实时计算其感测到的俯仰角和横滚角，惯性系统的计算机实时记录2--30分钟的俯仰角数据和横滚角数据，数据记录结束后，分别求俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0，俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0即为俯仰角安装误差和横滚角安装误差；
5.）将计算得到的俯仰角的平均值θ0和横滚角的平均值γ0通过惯性系统总线传输并分别储存到外部补偿器的俯仰角安装误差存储单元和横滚角安装误差存储单元中；
6.）托架标定结束，系统退出托架标定状态并通过惯性系统中的输出离散量电路指示其工作状态；
7.）关闭惯性系统；
（二）托架补偿
1.）将运载体上的“托架标定选择开关”断开；
2.）启动惯性系统，惯性系统得到计算机可以识别的输入数字量，惯性系统进入正常工作状态；
3.）惯性系统工作在正常工作状态的同时，通过惯性系统中的输出离散量电路指示惯性系统的工作状态；
4.）惯性系统通过数据总线将储存在外部补偿器中的俯仰角安装误差θ0和横滚角安装误差γ0读入惯性系统的计算机中；
5.）惯性系统实时计算其感测到的俯仰角θ和横滚角γ，惯性系统对感测到的俯仰角θ和横滚角γ进行以下计算，得到俯仰角输出和横滚角输出：
俯仰角输出＝θ-θ0
横滚角输出＝γ-γ0。
2.根据权利要求1所述的一种惯性系统的托架标定和补偿方法，其特征是，所述的运载体平面与当地真实水平面的水平误差范围在0.01--0.1度范围内。
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