CN105371867A - 平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法，所述方法包括以下步骤：一是基准惯导（记为惯导A）开机校准后处于良好工作状态，待标定惯导（记为惯导B）执行方位陀螺标度标定程序；二是两套惯导同步录取航向数据，获取惯导B标定过程相对惯导A的航向变化率；三是利用两套惯导的相对航向变化率，求取惯导B方位陀螺标度。本发明可以在船舶处于码头动态条件对惯导方位陀螺标度进行精确标定，解除平台惯导方位陀螺标度必须在船舶处于严格船坞坐墩静态条件才能获取的苛刻外界条件，且动态标定精度与静态标定精度相当。

Description

平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法

技术领域

本发明涉及一种平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法，属于惯性导航领域。

背景技术

惯性导航系统简称惯导，是各类舰载设备的坐标基准，惯导的姿态误差是影响舰载设备精度的主要误差源。影响惯导姿态角精度的主要因素包括陀螺漂移、加速度计零位误差、陀螺标度误差等。

在惯导需要标定的众多参数中，方位陀螺标度的获取条件最为严格，需要舰船处于船坞坐墩的静态条件。如果在海上或者码头惯导方位陀螺发生故障，则无法获取精确地方位陀螺标度，进而严重影响到惯导姿态精度。

为提高可靠性，一般而言舰船配备有两套以上的惯导，利用该条件，提出了一种平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法，以其中一套惯导作为相对基准，通过求取两套惯导相对航向变化率，完成另外一套惯导方位陀螺标度的标定，该方法可以在动态条件对惯导方位陀螺标度进行精确标定，经试验验证标定精度与坞内标校相当。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法，在能够保障设备精度的基础上，解除平台惯导方位陀螺标度必须在严格静态条件才能获取的苛刻外界条件。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、正常工作惯导作为基准惯导，保持导航状态，该惯导可以测量船体航向的变化情况，并且航向精度误差变化满足一定要求，精度误差△K的值根据公式（1）计算得出；待标定惯导执行方位陀螺标度定标程序，进行航向施矩控制；

△K=σa*K_C1*60（1）

其中σa为基准惯导航向误差引起的待标定惯导方位陀螺的小档标度误差，K_C1为待标定惯导小档标度在定标过程中航向正反旋转角度；

步骤二、将待标定惯导的航向角与基准惯导的航向角同步作差，其后对该差值进行一次差分，获取待标定惯导相对基准惯导的航向进动角速度；

步骤三、依据惯导方位陀螺标度标定程序中各阶段状态码的定义，通过待标定惯导相对基准惯导的航向进动角速度，根据公式（2）和（3）求取得到方位陀螺的大、小档标度，

（2）

（3）

其中，式（2）中的ITZ1_{_new}、ITZ1_{_old}分别为新标度和原装订值，εZ_{_CC}为在陀螺测漂阶段方位陀螺漂移补偿值，为方位陀螺大档施矩阶段待标定惯导相对基准惯导的航向变化率，为大档标度航向旋转角度；式（3）中ITZ0_{_new}即为新标小档标度，为正方位小档位航向阶段待标定惯导相对基准惯导的航向变化率；为负方位小档位航向阶段待标定惯导相对基准惯导的航向变化率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

可以在船舶处于码头动态条件对惯导方位陀螺标度进行精确标定，解除平台惯导方位陀螺标度必须在船舶处于严格船坞坐墩静态条件才能获取的苛刻外界条件，且动态标定精度与静态标定精度相当。

附图说明

图1是方位陀螺标度标定过程两套惯导航向作差曲线。

图2是方位陀螺标度标定过程两套惯导航向作差的一阶差分曲线。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明涉及一种平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法，所述方法包括以下步骤：一是基准惯导（记为惯导A）开机校准后处于良好工作状态，待标定惯导（记为惯导B）执行方位陀螺标度标定程序；二是两套惯导同步录取航向数据，获取惯导B标定过程相对惯导A的航向变化率；三是利用两套惯导的相对航向变化率，求取惯导B方位陀螺标度。

为便于本发明内容描述，在此对发明中涉及的陀螺标度定义、标定基本原理等进行简要说明。

一、相关说明

1、陀螺标度定义

平台惯导陀螺标度为陀螺仪的数字电流与陀螺力矩器之间的标度因数，是指给陀螺力矩器加单位电流使陀螺仪主轴每小时产生的进动角度量，单位用（°/h·mA）表示。

2、标定原理

坞内静态标定原理：在静基座条件下，方位陀螺标度标定方法是给陀螺力矩器施加不同的控制电流使它进动，通过方位伺服回路使台体跟踪陀螺主轴运动，录取航向角变化数据，求得方位进动角速度，进而解算得到方位陀螺的标度因子。静态条件航向角变化比对基准为测量船坞内坐墩后大地测量结果。

码头动态标定原理：动态条件下，方位陀螺标度标定方法利用一套能够正常工作的惯导A提供比对航向，惯导B执行方位陀螺标定程序，惯导B相对惯导A的进动角速度可视为陀螺施矩电流引起的台体进动角速度，通过相对进度角速度进而解算得到方位陀螺的标度。动态条件航向角变化比对基准为惯导A提供的实时动态航向。

3、915-IIF型平台惯导方位陀螺标定命令及各阶段状态码定义

实施以两套915-IIF型平台式惯导为例：

方位陀螺测漂定标命令为“1102”，即向设备输入1102即可。

标定程序执行过程分为九个阶段，状态码依次为DF－CE－CC－CB－CA－C9－C8－C1－C0，其中CC、CB、C1、C0与动态标定过程相关。

CC阶段陀螺测漂，并对陀螺漂移进行补偿；

CB阶段，方位陀螺大档施矩，根据显控台录取的数据，对两套惯导的航向差进行作差处理，观察惯导B平台方位进动的角速度，解算大档标度。

C1阶段，正方位小档拉航向；C0阶段，负方位小档拉航向。对两套惯导的航向差进行作差处理，观察惯导B平台方位正、负进动的角速度，解算小档标度。

4、915-IIF平台惯导基准惯导航向精度要求

根据设备要求，两次标定所得方位陀螺的小档标度相对误差σb≤3.0×10^-4才能满足精度需求。记惯导A航向误差引起的惯导B方位陀螺的小档标度误差为σa，按照误差检测原理3σa≤σb才能满足误差检测需求,因此理论上σa≤1.0×10^-4。

另外惯导B小档标度标度定标过程中航向K_C1正反转各30°，依据式（1）计算，若要使得动态标定满足上述要求，作为参考基准的惯导A航向误差变化△K≤0.2′，此航向误差对应的方位陀螺漂移误差△εb≤0.0003°/h。上述指标对于该型惯导而言，在码头动态条件经过适当校准极易达到。

△K=σa*K_C1*60（1）

二、915-IIF型平台式惯导方位陀螺标度计算公式

用W_CB、W_C1、W_C0表示CB、C1和C0三个阶段的获取的惯导B相对惯导A的航向变化率，分别按式（2）、式（3）计算方位陀螺的大、小档标度。

（2）

（3）

式（2）中的ITZ1_{_new}、ITZ1_{_old}分别为新标度和原装订值；εZ_{_CC}为在CC阶段方位陀螺漂移补偿值，可以直接在915-IIF惯导在方位陀螺定标CC状态结束后从打印机获取；式（3）中ITZ0_{_new}即为新标小档标度。

三、试验结果

1、惯导A设备正常开机，完成2次以上校准，输出精确的航向数据，保持正常导航状态，为惯导B标定提供参考基准；惯导B装订方位陀螺测漂定标命令“1102”，两套惯导同时录数。

2、根据惯导显控台记录的数据，标定过程两套惯导的航向作差结果如图1所示；两套惯导的航向作差数据再进行一阶差分处理，获取惯导1相对惯导2的航向变化率，结果如图2所示。

3、两轮标定结果见表1，标定精度都达到0.0003的精度要求。

表1方位陀螺标度标定试验结果

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种平台惯导动态条件计算方位陀螺标度方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一、正常工作惯导作为基准惯导，保持导航状态，该惯导可以测量船体航向的变化情况，并且航向精度误差变化满足一定的要求，精度误差△K的值根据公式（1）计算得出；待标定惯导执行方位陀螺标度定标程序，进行航向施矩控制；

△K=σa*K_C1*60（1）

其中σa为基准惯导航向误差引起的待标定惯导方位陀螺的小档标度误差，K_C1为待标定惯导小档标度在定标过程中航向正反旋转角度；

步骤二、将待标定惯导的航向角与基准惯导的航向角同步作差，其后对该差值进行一次差分，获取待标定惯导相对基准惯导的航向进动角速度；

步骤三、依据惯导方位陀螺标度标定程序中各阶段状态码的定义，通过待标定惯导相对基准惯导的航向进动角速度，根据公式（2）和（3）求取得到方位陀螺的大、小档标度，

（2）

（3）

其中，式（2）中的ITZ1_{_new}、ITZ1_{_old}分别为新标度和原装订值，εZ_{_CC}为在陀螺测漂阶段方位陀螺漂移补偿值，为方位陀螺大档施矩阶段待标定惯导相对基准惯导的航向变化率，为大档标度航向旋转角度；式（3）中ITZ0_{_new}即为新标小档标度，为正方位小档位航向阶段待标定惯导相对基准惯导的航向变化率；为负方位小档位航向阶段待标定惯导相对基准惯导的航向变化率。