CN103090869B - 用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法，将捷联设备与装有捷联垂直参考基准设置系统的计算机系统相连；利用角度测量设备测得捷联设备的航向角、纵摇角、横摇角的安装误差；将测得的安装误差角输入到装有捷联垂直参考基准设置系统的计算机系统中，所述捷联垂直参考基准设置系统将上述安装误差角带入公式得到即得到捷联坐标系到安装坐标系的变换矩阵，再用此误差矩阵更新陀螺和加速度计的测量信息，完成安装误差补偿；将上述补偿后的仪表信息按捷联传统的姿态更新方法可以解算出正确的姿态信息。采用本发明可以大大节省材料和时间，而且提高其安装误精度。

Description

用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法

技术领域

本发明属于捷联设备的安装误差调整方法，具体涉及一种用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法。

背景技术

由于捷联设备的坐标系和安装载体坐标系不重合带来的安装误差，导致捷联设备测得航姿信息不真实，因此，需要进行安装误差的调整。捷联式惯性导航设备安装精度要求较高，一般情况下，航姿的安装误差均小于3个角分。现有技术中，针对捷联设备的安装误差，目前主要是采用机械修正方式或人工打磨等方式来实现，如图3和图4；采用机械修正或人工打磨方法既浪费材料（增加机械调整装置）又浪费时间，而且捷联设备每次拆卸由于位置不可能和原来位置相同，进而会导致新的误差出现，所以又要重新打磨或者调整，给设备后期的维修及保养带来诸多不便。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法，以节省调整安装误差材料和时间，提高其安装误精度。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将捷联设备通过网线与装有捷联垂直参考基准设置系统的计算机系统相连；

2）利用角度测量设备测得捷联设备的航向角、纵摇角、横摇角的安装误差；

3）将步骤2）测得的安装误差角输入到装有捷联垂直参考基准设置系统的计算机系统中，所述捷联垂直参考基准设置系统执行如下程序：

将上述安装误差角带入下述公式得到即姿态矩阵用欧拉角可表示为：

其中，θ，H分别表示捷联设备和安装位置的纵向、横向及航向的安装误差角；b系为捷联设备的坐标系，n系为安装位置的坐标系；

得到捷联坐标系到安装坐标系的变换矩阵，再用此误差矩阵更新陀螺和加速度计的测量信息，完成安装误差补偿。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、采用本发明方法，当捷联设备收到补偿指令后，将安装误差角度值写入误差矩阵方程，并通过矩阵转换的计算将捷联设备的惯性仪表信息转换到正确的坐标系上；经过上述补偿后的惯性仪表输出信息，再进行捷联姿态更新计算，便可以输出正确的姿态信息，可以大大节省材料和时间，而且提高其安装误差精度。

2、本发明采用数字补偿技术，应用可靠性得到大大提高。

3、采用本发明方法，不需要对捷联设备进行硬件上的调整，便于设备的日常维修及维护。

附图说明

图1是本发明用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法的流程方框图；

图2是误差旋转示意图；

图3是现有人工打磨调整捷联设备安装误差方式的图片；

图4是现有机械调整捷联设备安装误差方式的图片；

图5是本发明捷联垂直参考基准参数设置系统界面示意图及安装误差角补偿下载界面；

图6是未补偿捷联设备的仪表及航姿信息；

图7按本发明方法进行补偿后捷联设备的仪表及航姿信息。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方法对本发明作进一步详细说明。

一、实施例1：一种用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法，包括如下步骤（参见附图1）：

1、开始：将捷联设备通过网线与装有捷联垂直参考基准设置系统的计算机系统相连；2、采集惯性设备的信息：利用角度测量设备采集捷联设备的航向角、纵摇角、横摇角的安装误差；3、误差初始化：将步骤2测得的安装误差角输入到装有捷联垂直参考基准设置系统的计算机系统中；4、安装误差的补偿和误差装订：5、计算补偿误差矩阵：所述捷联垂直参考基准设置系统的按姿态矩阵（又称方向余弦阵）公式进行计算和处理。

其中，采集惯性设备的信息（误差角度的测量）：利用角度测量设备，比如电子水平象限仪及经纬仪等，测得捷联设备安装位置的航向角、纵摇角、横摇角的角度为0°，这时观察捷联设备的仪表及姿态信息如附图6所示，可以看出，捷联的惯性仪表由于安装误差的存在，导致输出信息偏离真值，进而导致设备航向角、纵摇角、横摇角三个方向均有0.5°的姿态输出，而这0.5°就是由于安装误差带来的。

上位机误差的装订：将安装误差角（三个方向均为0.5°）填写到装有“捷联垂直参考基准参数设置系统”下载软件程序的上位计算机当中，参见图5当中椭圆区域内，之后按下“下载参数至设备按钮”，便可将误差角度下载到捷联设备当中。

二、本发明误差补偿算法的理论依据：

借助力学中的刚体定点转动理论，应用欧拉角法完成姿态误差的数字补偿，假设用θ，H，来表示捷联设备（这里为b系）和安装位置（这里为n系）的纵向、横向及航向的安装误差角，本发明就是将捷联的坐标系，转换到正确的安装坐标系。当已经知道安装误差角度，则两者角位置关系可以完全确定，则两个坐标系之间的变换关系，即:b系转换到n系，可按以下顺序分三次转动得到，旋转示如意图2所示。

通过推导，从捷联坐标系到安装坐标系的变换矩阵，即姿态矩阵（又称方向余弦阵），用欧拉角可表示为：

当通过设备测得上述误差角后，带入上述公式，既可以得到再用此误差矩阵更新陀螺和加速度计的测量信息，完成安装误差补偿。

三、软件实现方法举例：

捷联设备收到补偿指令后，首先将三个误差角安装写入软件当中的误差矩阵当中，如公式1-1所示。

误差参数写完后，捷联设备将安装误差角带入式1-2进行补偿解算；通过1-2函数计算便可以将陀螺及加速度新转换到正确的坐标系，即通过该式完成了坐标系的转换工作。

b:为装订的误差矩阵;

c:为误差补偿前的仪表信息;

a:补偿后的仪表信息；

row:矩阵的行数，本文取3；

line:矩阵的列数，本文取3。

软件补偿流程图如附图1所示。

将上述补偿后的仪表信息，捷联传统的姿态更新方法进行解算，便可以得出正确的姿态信息，补偿后的捷联设备输出（参见图7）能够满足捷联设备的要求。

本发明通过得到捷联坐标系到安装坐标系的变换矩阵，再用此误差矩阵更新陀螺和加速度计的测量信息，完成安装误差补偿。当捷联设备收到补偿指令后，将安装误差角度值写入误差矩阵方程，并通过矩阵转换的计算将捷联设备的惯性仪表信息转换到正确的坐标系上。经过上述补偿后的惯性仪表输出信息，再进行捷联姿态更新计算，便可以输出正确的姿态信息。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳的实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种用于调整捷联设备安装误差的数字补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)开始：将捷联设备通过网线与装有捷联垂直参考基准设置系统的计算机系统相连；

2)采集惯性设备的信息：利用角度测量设备测得捷联设备的航向角、纵摇角、横摇角的安装误差；

3)误差初始化：将步骤2)测得的安装误差角输入到装有捷联垂直参考基准设置系统的计算机系统中；

4)安装误差的补偿和误差装订：将三个方向均为0.5°的安装误差角，填写到装有“捷联垂直参考基准参数设置系统”下载软件程序的上位计算机当中，将误差角度下载到捷联设备当中；

5)计算补偿误差矩阵：所述“捷联垂直参考基准设置系统”按姿态矩阵公式进行计算和处理，所述捷联垂直参考基准设置系统执行如下程序：

将上述安装误差角带入下述公式得到即姿态矩阵用欧拉角可表示为：

其中，θ，H分别表示捷联设备和安装位置的纵向、横向及航向的安装误差角；b系为捷联设备的坐标系，n系为安装位置的坐标系；

得到捷联坐标系到安装坐标系的变换矩阵，再用此误差矩阵更新陀螺和加速度计的测量信息，完成安装误差补偿；

当捷联设备收到补偿指令后，将安装误差角度值写入误差矩阵方程，并通过矩阵转换的计算将捷联设备的惯性仪表信息转换到正确的坐标系上；经过上述补偿后的惯性仪表输出信息，再进行捷联姿态更新计算，便可以输出正确的姿态信息。