CN109029502B - 一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法 - Google Patents

一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109029502B
CN109029502B CN201810839520.XA CN201810839520A CN109029502B CN 109029502 B CN109029502 B CN 109029502B CN 201810839520 A CN201810839520 A CN 201810839520A CN 109029502 B CN109029502 B CN 109029502B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinate system
quartz accelerometer
error
output value
quartz
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810839520.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109029502A (zh
Inventor
魏宗康
高荣荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Wanda Hi Tech Ltd
Original Assignee
Beijing Aerospace Wanda Hi Tech Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Aerospace Wanda Hi Tech Ltd filed Critical Beijing Aerospace Wanda Hi Tech Ltd
Priority to CN201810839520.XA priority Critical patent/CN109029502B/zh
Publication of CN109029502A publication Critical patent/CN109029502A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109029502B publication Critical patent/CN109029502B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

本发明一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法，包括如下步骤：1、测量惯性平台系统地理坐标系与载体坐标系之间的初始对准角度；2、测量惯性平台系统台体轴、内框架轴和外框架轴转动角度；3、给出石英加速度计各项误差系数值；4、将上述各个误差系数值带入石英加速度计输出值计算式中得出石英加速度计输出值。该方法将石英加速度计各项已知的误差系数带入到一种石英加速度计新型输出值计算方程中计算得到石英加速度计输出值。该方法相较于传统的计算方法，综合考虑了平台系统误差和石英加速度计自身仪表误差对石英加速度计输出值的影响，使得石英加速度计的输出值更加精确，为石英加速度计的误差补偿提供方便，且适用面广。

Description

一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法
技术领域
本发明涉及惯性测量技术领域，特别涉及一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法，主要用于惯性系统误差标定的航天领域。
背景技术
惯性平台系统中，惯性器件，如石英加速度计输出值的计算方法决定了实际石英加速度计输出测量值与理论计算值之间残差的精度，而石英加速度计的残差值的精度量级直接影响了惯性器件的补偿与最终的导航精度。因此全面、精确的石英加速度计输出值计算方法对于导航系统的标定和补偿非常重要。
传统的石英加速度计输出值的计算方法，仅考虑了与石英加速度计自身有关的误差系数项，其计算方法如下：
Figure BDA0001745247510000011
其中，
Figure BDA0001745247510000012
沿X,Y,Z方向石英加速度计输出计算值；Kax，Kay，Kaz表示沿X,Y,Z方向石英加速度计的标度因数；k0x、k0y、k0z表示石英加速度计偏置；kyz，kzx，kxy，kzy，kxz，kyz表示石英加速度计安装误差系数；ax、ay、az表示石英加速度计的视加速度；δKaxsign(ax)、δKaysign(ay)、δKazsign(az)表示标度因数不对称性误差。
由于在实际平台系统工作过程中，框架轴会不断地进行变换、转动，而伴随着由于框架的转动所激发出与框架角相关的传感器零偏以及轴端不正交误差角，这些误差项均会对石英加速度计的输出计算值造成影响。同时，在实际导航过程中，平台系统在三维空间中以载体坐标系为基准坐标系会相对于地理坐标系发生任意角度的转动，这部分转动引起的初始对准误差角同样会对石英加速度计的输出值产生直接的影响。因此，在进行计算石英加速度计的输出值时，仅按照传统的石英加速度计输出值的计算方法并不包括以上所提及的误差项，不能很全面地诠释实际石英加速度计精确的理论值。因此，将各个误差项整合到石英加速度计输出值的计算中非常重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法，用于计算惯性平台系统石英加速度计输出值，其值不仅包括石英加速度计自身的仪表误差项，还包括由于平台转动过程而引入的误差项，具有全面性、综合性、精确性、通用性。
本发明的技术方案为：一种惯性平台系统石英加速度计输出值的计算方法，如下步骤：
(1)测量惯性平台系统地理坐标系L与载体坐标系b之间的三个初始对准角度，并计算得到地理坐标系L到载体坐标系b的旋转矩阵
Figure BDA0001745247510000021
(2)测量惯性平台系统三个框架轴的转动角度，并计算得到在考虑轴端不正交误差角和传感器零偏误差情形下的载体坐标系b与平台坐标系P之间的坐标变换矩阵
Figure BDA0001745247510000022
(3)获取石英加速度计各项误差系数值，包括与平台系统有关的误差系数，以及与石英加速度计器件本身有关的误差系数。
(4)计算石英加速度计加速度输出。
所述步骤(1)中三个初始对准角度包括：地理坐标系L与载体坐标系沿天向的旋转角度β、地理坐标系L与载体坐标系沿北向的旋转角度α、地理坐标系L与载体坐标系沿东向的旋转角度Ψ。
所述步骤(2)中三个框架轴的转动角度包括：外框架轴转动的角度γ，内框架轴转动的角度φx，台体轴Y轴转动的角度φy。
在步骤(1)中，地理坐标系L到载体坐标系b的旋转矩阵
Figure BDA0001745247510000023
Figure BDA0001745247510000024
具体计算公式如下：
Figure BDA0001745247510000031
所述步骤(3)中与平台系统有关的误差系数包括：地理坐标系L与载体坐标系b之间的初始对准角度误差Δα、Δβ、ΔΨ；平台系统框架轴端不正交误差角ρxy、ρxz、ρyx、ρyz、ρzx、ρzy；沿三个框架轴方向的误差角Δφx、Δφy、Δγ。
在步骤(2)中，载体坐标系b与平台坐标系p之间的坐标变换矩阵
Figure BDA0001745247510000032
的计算方法，具体计算公式如下：
Figure BDA0001745247510000033
其中，c11、c12、c13、c21、c22、c23、c31、c32、c33的值如下：
Figure BDA0001745247510000041
所述步骤(3)中与石英加速度计器件本身有关的误差系数包括：石英加速度计沿三个坐标轴方向的零偏k0x、k0y、k0z；石英加速度计沿三个坐标轴方向的标度因数Kax、Kay、Kaz；石英加速度计沿三个坐标轴方向的标度因数非对称性误差δKaxsign(ax)、δKay sign(ay)、δKaz sign(az)；石英加速度计沿安装误差系数kyx、kzx、kxy、kzy、kxz、kxy。
在步骤(4)中，石英加速度计输出值的计算方法，其具体计算公式如下：
Figure BDA0001745247510000042
其中aipx、aipy、aipz分别表示石英加速度计的输出计算值；aiLx、aiLy、aiLz分别表示在地理坐标系下的视加速度计值；g表示地球重力加速度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明综合考虑了平台系统误差和石英加速度计自身仪表误差，利用石英加速度计各项误差系数作为已知量计算得到石英加速度计的理论计算值。相比现有的计算方法，本发明的石英加速度计计算方法更准确、更全面、适用性更广；
附图说明
图1为载体坐标系与地理坐标系坐标轴的变换关系图；
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供的一种惯性平台系统石英加速度计输出值的计算方法，用于计算平台系统石英加速度计的输出值。
如图1所示的载体坐标系与地理坐标系的变换关系图。当载体坐标系与地理坐标系不重合时，两个坐标系之间存在一种相互变换关系。在空间中，载体坐标系相对于地理坐标系的变换可利用三次绕轴旋转得到。第一次，地理坐标系绕Y轴转动β角，地理坐标系由OXLYLZL坐标系变为OX′Y′Z′；第二次，地理坐标系绕X轴转动α角，地理坐标系由OX′Y′Z′坐标系变为OX"Y"Z"；第三次，地理坐标系绕Z轴转动γ角，地理坐标系由OX"Y"Z"坐标系变为OXbYbZb。
如图2所示，本发明提供的一种惯性平台系统石英加速度计输出值的计算方法的计算步骤如下：
(1)测量惯性平台系统地理坐标系L与载体坐标系b之间的三个初始对准角度，并计算得到地理坐标系L到载体坐标系b的旋转矩阵
Figure BDA0001745247510000051
三个初始对准角度包括：地理坐标系L与载体坐标系沿天向的旋转角度β、地理坐标系L与载体坐标系沿北向的旋转角度α、地理坐标系L与载体坐标系沿东向的旋转角度Ψ；
(2)测量惯性平台系统三个框架轴的转动角度，并计算得到在考虑轴端不正交误差角和传感器零偏误差情形下的载体坐标系b与平台坐标系P之间的坐标变换矩阵
Figure BDA0001745247510000063
三个框架轴的转动角度包括：外框架轴转动的角度γ，内框架轴转动的角度φx，台体轴Y轴转动的角度φy；
(3)获取石英加速度计各项误差系数值，包括与平台系统有关的误差系数，以及与石英加速度计器件本身有关的误差系数；
与平台系统有关的误差系数包括：地理坐标系L与载体坐标系b之间的初始对准角度误差Δα、Δβ、ΔΨ；平台系统框架轴端不正交误差角ρxy、ρxz、ρyx、ρyz、ρzx、ρzy；沿三个框架轴方向的误差角Δφx、Δφy、Δγ；
与石英加速度计器件本身有关的误差系数包括：石英加速度计沿三个坐标轴方向的零偏k0x、k0y、k0z；石英加速度计沿三个坐标轴方向的标度因数Kax、Kay、Kaz；石英加速度计沿三个坐标轴方向的标度因数非对称性误差δKaxsign(ax)、δKay sign(ay)、δKaz sign(az)；石英加速度计沿安装误差系数kyx、kzx、kxy、kzy、kxz、kxy。
(4)计算石英加速度计加速度输出。
上述的一种惯性平台系统石英加速度计输出值的计算方法，在步骤(1)中，地理坐标系L到基座(载体)坐标系b的旋转矩阵
Figure BDA0001745247510000065
Figure BDA0001745247510000064
具体计算公式如下：
Figure BDA0001745247510000061
上述的一种惯性平台系统石英加速度计输出值的计算方法，在步骤(2)中，载体坐标系b与平台坐标系p之间的坐标变换矩阵
Figure BDA0001745247510000062
的计算方法，具体计算公式如下：
Figure BDA0001745247510000071
其中，c11、c12、c13、c21、c22、c23、c31、c32、c33的值如下：
Figure BDA0001745247510000072
上述的一种惯性平台系统石英加速度计输出值的计算方法，在步骤(4)中，石英加速度计输出值的计算方法，其具体计算公式如下：
Figure BDA0001745247510000081
其中，
Figure BDA0001745247510000082
其中，Dax，Day，Daz分别为石英加速度计仪表自身的误差项；δKax，δKay，δKaz表示沿X,Y,Z方向石英加速度计的标度因数；k0x、k0y、k0z表示石英加速度计偏置；kyz，kzx，kxy，kzy，kxz，kyz表示石英加速度计安装误差系数；δKaxsign(ax)、δKaysign(ay)、δKazsign(az)表示标度因数不对称性误差。
因此，将(3)中的
Figure BDA0001745247510000091
其中，aipx、aipy、aipz分别表示石英加速度计的输出计算值；aiLx、aiLy、aiLz分别表示在地理坐标系下的视加速度计值。
通过本发明计算得到石英加速度计的输出值，其可用于计算石英加速度计输出值与实际观测值之间的误差以及对石英加速度计中的误差系数项进行精确的误差补偿。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法，其特征在于如下步骤：
(1)测量惯性平台系统地理坐标系L与载体坐标系b之间的三个初始对准角度，并计算得到地理坐标系L到载体坐标系b的旋转矩阵
Figure FDA0002458753720000011
(2)测量惯性平台系统三个框架轴的转动角度，并计算得到在考虑轴端不正交误差角和传感器零偏误差情形下的载体坐标系b与平台坐标系P之间的坐标变换矩阵
Figure FDA0002458753720000012
(3)获取石英加速度计各项误差系数值，包括与平台系统有关的误差系数，以及与石英加速度计器件本身有关的误差系数；
(4)计算石英加速度计加速度输出；
所述步骤(1)中三个初始对准角度包括：地理坐标系L与载体坐标系沿天向的旋转角度β、地理坐标系L与载体坐标系沿北向的旋转角度α、地理坐标系L与载体坐标系沿东向的旋转角度Ψ；
所述步骤(2)中三个框架轴的转动角度包括：外框架轴转动的角度γ，内框架轴转动的角度φx，台体轴Y轴转动的角度φy；
在步骤(1)中，地理坐标系L到载体坐标系b的旋转矩阵
Figure FDA0002458753720000013
Figure FDA0002458753720000014
具体计算公式如下：
Figure FDA0002458753720000015
所述步骤(3)中与平台系统有关的误差系数包括：地理坐标系L与载体坐标系b之间的初始对准角度误差Δα、Δβ、ΔΨ；平台系统框架轴端不正交误差角ρxy、ρxz、ρyx、ρyz、ρzx、ρzy；沿三个框架轴方向的误差角Δφx、Δφy、Δγ；
在步骤(2)中，载体坐标系b与平台坐标系p之间的坐标变换矩阵
Figure FDA0002458753720000021
的计算方法，具体计算公式如下：
Figure FDA0002458753720000022
其中，c11、c12、c13、c21、c22、c23、c31、c32、c33的值如下：
Figure FDA0002458753720000031
Figure FDA0002458753720000032
Figure FDA0002458753720000033
Figure FDA0002458753720000034
Figure FDA0002458753720000035
Figure FDA0002458753720000036
Figure FDA0002458753720000037
Figure FDA0002458753720000038
Figure FDA0002458753720000039
所述步骤(3)中与石英加速度计器件本身有关的误差系数包括：石英加速度计沿三个坐标轴方向的零偏k0x、k0y、k0z；石英加速度计沿三个坐标轴方向的标度因数Kax、Kay、Kaz；石英加速度计沿三个坐标轴方向的标度因数非对称性误差δKaxsign(ax)、δKay sign(ay)、δKazsign(az)；石英加速度计沿安装误差系数kyx、kzx、kxy、kzy、kxz、kxy；
在步骤(4)中，石英加速度计输出值的计算方法，其具体计算公式如下：
Figure FDA00024587537200000310
其中aipx、aipy、aipz分别表示石英加速度计的输出计算值；aiLx、aiLy、aiLz分别表示在地理坐标系下的视加速度计值；g表示地球重力加速度；Dax，Day，Daz分别为石英加速度计仪表自身的误差项。
CN201810839520.XA 2018-07-27 2018-07-27 一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法 Active CN109029502B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810839520.XA CN109029502B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810839520.XA CN109029502B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109029502A CN109029502A (zh) 2018-12-18
CN109029502B true CN109029502B (zh) 2020-07-14

Family

ID=64647006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810839520.XA Active CN109029502B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109029502B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111046578B (zh) * 2019-12-24 2023-07-14 北京航天控制仪器研究所 一种石英振梁加速度计建立输出模型的方法
CN112578147B (zh) * 2020-12-11 2022-08-12 北京航天控制仪器研究所 一种常值加速度引起的陀螺加速度计输出测定方法
CN112557699B (zh) * 2020-12-11 2022-09-27 北京航天控制仪器研究所 一种时变加速度引起的陀螺加速度计输出测定方法
CN112611887B (zh) * 2020-12-11 2022-09-27 北京航天控制仪器研究所 一种基于模型参数辨识的陀螺加速度计输出补偿方法
CN113865583B (zh) * 2021-07-20 2024-02-09 北京航天控制仪器研究所 一种加速度计组合动态安装偏差矩阵确定及补偿方法
CN113916258B (zh) * 2021-09-07 2024-02-09 北京航天控制仪器研究所 一种加速度计组合高阶误差系数分离与补偿方法和系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105659824B (zh) * 2012-07-13 2014-08-27 北京航天控制仪器研究所 一种基于晃动基座的捷联惯性导航系统初始对准方法
CN104501833A (zh) * 2014-12-08 2015-04-08 北京航天控制仪器研究所 一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105659824B (zh) * 2012-07-13 2014-08-27 北京航天控制仪器研究所 一种基于晃动基座的捷联惯性导航系统初始对准方法
CN104501833A (zh) * 2014-12-08 2015-04-08 北京航天控制仪器研究所 一种基准不确定情况下加速度计组合误差系数标定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An evolutionary algorithm for the optimization of parameters in radiation beam profile modeling for the CyberKnife X-band linear accelerator;Matthew Witten;《IEEE》;20130623;1241-1246 *
舰载捷联惯性导航系统平台虚拟仿真实验环境的设计与实现;房希睿;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20130215(第2期);正文第32-42页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109029502A (zh) 2018-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109029502B (zh) 一种惯性平台系统石英加速度计输出值确定方法
CN110006450B (zh) 一种激光捷联惯导系统在卧式三轴转台上的标定方法
CN108458725B (zh) 捷联惯导系统晃动基座上的系统级标定方法
CN106969783B (zh) 一种基于光纤陀螺惯性导航的单轴旋转快速标定技术
US6876926B2 (en) Method and system for processing pulse signals within an inertial navigation system
US6836971B1 (en) System for using a 2-axis magnetic sensor for a 3-axis compass solution
CN101290326B (zh) 石英挠性加速度计测量组件的参数辨识标定方法
CN110108300B (zh) 一种基于卧式三轴转台的imu正六面体标定方法
CN109696183A (zh) 惯性测量单元的标定方法及装置
CN108132060B (zh) 一种捷联惯导系统无基准的系统级标定方法
CN109029500A (zh) 一种双轴旋转调制系统全参数自标定方法
CN105509768B (zh) 一种单轴寻北仪的误差标定方法
CN103630146B (zh) 一种离散解析与Kalman滤波结合的激光陀螺IMU标定方法
CN109612460B (zh) 一种基于静止修正的垂线偏差测量方法
JP7025215B2 (ja) 測位システム及び測位方法
CN110006454B (zh) 一种imu标定三轴转台垂直度和初始姿态的方法
CN108982918B (zh) 基准不确定情况下加速度计组合误差系数分离与标定方法
JP5445270B2 (ja) 校正データ取得方法、加速度センサー出力補正方法及び校正データ取得システム
CN113156166A (zh) 石英加速度计在精密离心机上的对称融消测试方法
JP2005061969A (ja) 方位角計測装置及び方位角計測方法
CN108917788B (zh) 一种惯性平台系统加速度计动态精度的测试方法和系统
CN109084755B (zh) 一种基于重力视速度与参数辨识的加速度计零偏估计方法
Fang et al. A new inclination error calibration method of motion table based on accelerometers
RU2548115C1 (ru) Безплатформенный навигационный комплекс с инерциальной системой ориентации на "грубых" чувствительных элементах и способ коррекции его инерциальных датчиков
CN113701747A (zh) 一种基于离心机激励的惯性测量系统姿态角误差分离方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant