CN108413981A - 一种高精度惯性导航设备时序测量方法 - Google Patents

一种高精度惯性导航设备时序测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高精度惯性导航设备时序测量方法，其技术特点是包括以下步骤：惯性导航系统中的惯导计算机调整加速度计与轴角传感器时序；数据录取计算机录取导航工作时的航向数据；数据录取计算机计算时序误差；惯导计算机使用时序误差修正系统总体时序。本发明通过录取系统导航数据的方法，根据系统旋转机构在旋转次序切换时的航向误差突变量计算出陀螺和轴角传感器之间时序误差，该时序误差量用于修正系统的总体时序，达到提高系统航向精度的目的，有效地提高了惯性导航系统精度，本发明可广泛用于带有旋转机构的惯性导航系统时序误差测量。

Description

一种高精度惯性导航设备时序测量方法
技术领域
本发明属于惯性导航设备时序测量技术领域，尤其是一种高精度惯性导航设备时序测量方法。
背景技术
随着惯性导航系统技术的不断进步，惯性导航设备精度的日益提高，对设备内各元件间时序测量精度提出了越来越高的要求。特别是旋转式和混合式等带有旋转机构的惯性导航系统，为确保系统在动态条件下能够发挥惯性元件的精度，达到更高的系统精度指标，对元件间时序误差的测量精度提出了更高的要求。
陀螺、加速度计和轴角传感器是带有旋转机构的惯性导航系统核心部件。在系统的实际应用条件下，由于元件间客观存在着不同的带宽、响应速度、信号传输时长等因素，陀螺、加速度计和轴角传感器之间不可避免的存在着时序误差。当存在较大的时序误差时将引起较大的测量误差，从而严重影响系统的精度。以陀螺和轴角传感器之间时序误差10ms的为例，当存在10ms误差时，将造成约0.53′(RMS)的航向误差；时序误差为20ms时，航向误差1.1′(RMS)；
发明内容
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、测量精度高且性能稳定的高精度惯性导航设备时序测量方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种高精度惯性导航设备时序测量方法，包括以下步骤：
步骤1、惯性导航系统中的惯导计算机调整加速度计与轴角传感器时序；
步骤2、数据录取计算机录取导航工作时的航向数据；
步骤3、数据录取计算机计算时序误差；
步骤4、惯导计算机使用时序误差修正系统总体时序。
所述步骤1的实现方法为：将加速度计与轴角传感器的数据采样信号时钟沿调整到同一时刻，要求同步精度优于1us，从而保证加速度计与轴角传感器数据的同步一致性。
所述步骤2的实现方法为：在数据录取计算机上，通过上位机软件录取每个导航解算周期T的系统导航数据，并将航向数据从导航数据包中解析出来。
所述步骤3的实现方法为：从录取的航向数据中找出系统导航状态下旋转次序切换时的航向数据段，时序误差突变前航向值记为H1，时序误差突变后航向值记为H2，利用下式求出同步误差时间T1；
式中，ω为系统旋转的角速率。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过录取系统导航数据的方法，根据系统旋转机构在旋转次序切换时的航向误差突变量计算出陀螺和轴角传感器之间时序误差，该时序误差量用于修正系统的总体时序，以期达到提高系统航向精度的目的，有效地提高了惯性导航系统精度，本发明可广泛用于带有旋转机构的惯性导航系统时序误差测量。
2、本发明仅依靠惯性导航系统本体即可实现，对接口、采样频率等无特殊要求，因此不需要额外的硬件资源，通用性较强；本发明通过导航结果实现时序误差测量，测量精度较高，实现成本低。
附图说明
图1是本发明的测量原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种高精度惯性导航设备时序测量方法，如图1所示，包括下述步骤：
步骤1、惯性导航系统中的惯导计算机调整加速度计与轴角传感器时序。
在本实施例中，惯性导航系统中的惯导计算机负责生成系统总体时序，在时序的严格控制下，惯导以周期T进行导航解算，每个周期惯导计算机都要采集各元件数据。为了减小其他因素的干扰，需要将加速度计与轴角传感器的数据采样信号时钟沿调整到同一时刻，要求同步精度优于1us，用于保证加速度计与轴角传感器数据的同步一致性。
步骤2、数据录取计算机录取导航工作时的航向数据。
在数据录取计算机上，通过上位机软件录取每个导航解算周期T的系统导航数据，将航向数据从导航数据包中解析出来，并用相应的软件绘制系统的航向曲线。
步骤3、数据录取计算机计算时序误差；
本步骤是从录取的数据中定量分析时序误差。具体方法为：从录取的航向数据中找出系统导航状态下旋转次序切换时的航向数据段，时序误差突变前航向值记为H1，时序误差突变后航向值记为H2，利用下式求出同步误差时间T1；
式中，ω为系统旋转的角速率。
步骤4、使用时序误差修正系统总体时序。
本步骤将步骤3分析获得的时序误差装订入惯导计算机，通过FPGA修正系统总体时序。
本发明经试验验证：在3°/s的旋转速率下，同一系统在使用本方法测得的时序误差修正系统总体时序前后测得的数据如表1所示。
表1同步补偿方法应用效果
从上面的试验结果可以看出，利用本方法测得的时序误差精度较高，可以用来有效地提高惯性导航系统精度。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种高精度惯性导航设备时序测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、惯性导航系统中的惯导计算机调整加速度计与轴角传感器时序；
步骤2、数据录取计算机录取导航工作时的航向数据；
步骤3、数据录取计算机计算时序误差；
步骤4、惯导计算机使用时序误差修正系统总体时序。
2.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备时序测量方法，其特征在于：所述步骤1的实现方法为：将加速度计与轴角传感器的数据采样信号时钟沿调整到同一时刻，要求同步精度优于1us，从而保证加速度计与轴角传感器数据的同步一致性。
3.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备时序测量方法，其特征在于：所述步骤2的实现方法为：在数据录取计算机上，通过上位机软件录取每个导航解算周期T的系统导航数据，并将航向数据从导航数据包中解析出来。
4.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备时序测量方法，其特征在于：所述步骤3的实现方法为：从录取的航向数据中找出系统导航状态下旋转次序切换时的航向数据段，时序误差突变前航向值记为H1，时序误差突变后航向值记为H2，利用下式求出同步误差时间T1；
式中，ω为系统旋转的角速率。
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