CN109470277B - 非正交角度测量装置标定系数的测定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非正交角度测量装置标定系数的测定方法，针对非正交坐标系，利用转台和装置上的棱镜，把装置内任意的三个非正交陀螺输出通道标定后以正交形式输出，仅仅只需要一个带平面镜的转台就能标定出非正交三轴陀螺与装置上的棱镜坐标系之间的转换关系。

Description

非正交角度测量装置标定系数的测定方法及系统
技术领域
本发明涉及惯性器件的标定领域，具体是一种非正交角度测量装置标定系数的测定方法及系统。
背景技术
目前现有的技术主要针对正交坐标系下的陀螺进行标定，如何对非正交系下的陀螺进行标定，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种非正交角度测量装置标定系数的测定方法，仅仅只需要一个带平面镜的转台就能标定出非正交三轴陀螺与装置上的棱镜坐标系之间的转换关系。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种非正交角度测量装置标定系数的测定方法，包括以下步骤：
1)调整转台，使用经纬仪瞄准1号棱镜，记录方位角α1、俯仰角β1与转台方位读数θ1；
2)调整转台，使用经纬仪瞄准转台棱镜，记录方位角α2、俯仰角β2与转台方位读数θ2；
3)调整转台，使用经纬仪瞄准2号棱镜，记录方位角α3、俯仰角β3与转台方位读数θ3；
4)调整转台，使用经纬仪瞄准转台棱镜，记录方位角α4、俯仰角β4与转台方位读数θ4；
5)1号棱镜方位角α11＝θ2-θ1-(α2-α1)；2号棱镜方位角α22＝θ4-θ3-(α4-α3)；
6)计算陀螺与棱镜之间的转换矩阵
Figure BDA0001921877620000011
其中，
Figure BDA0001921877620000021
Figure BDA0001921877620000022
计算4只陀螺零位：
Figure BDA0001921877620000023
Figure BDA0001921877620000024
分别为4只陀螺在六位置试验中各个位置输出脉冲值，t为采集时间；
Figure BDA0001921877620000025
表示陀螺坐标系到转台坐标系的转换矩阵。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明仅仅只需要一个带平面镜的转台就能标定出非正交三轴陀螺与装置上的棱镜坐标系之间的转换关系。
附图说明
图1为棱镜坐标系与设备本体坐标系之间的关系图。
具体实施方式
棱镜有两个瞄准面，对角位移测量单元进行标定测试的目的是获取将陀螺输出转换到棱镜坐标系的转换矩阵
Figure BDA0001921877620000026
棱镜坐标系与设备本体坐标系之间的关系如图1。其中，棱镜坐标系L与本体坐标系b的Z轴重合，1号棱镜与2号棱镜分别与xb夹45°角。xl与yl分别与1号棱镜、2号棱镜的法线平行。台体坐标系t与棱镜坐标系重合，转台棱镜处于X轴线上。
整个装置的标定过程包含六位置标定、速率标定与棱镜标定以及验证试验。设定转台坐标系t，其与本体坐标系三轴分别平行。
1六位置标定
1)装置预热；
2)转台坐标系转至上北西，三轴陀螺采集5min，保存数据；
3)用下西北、北上东、西下南、南东上、东南下位置分别重复步骤2。
2速率标定
1)三轴陀螺采集数据，绕轴以10°/s的速度正转360°，保存数据；
2)三轴陀螺采集数据，绕轴以10°/s的速度反转360°，保存数据；
3)分别绕yt、zt轴重复步骤1至4。
3棱镜标定
1)调整转台，使用经纬仪瞄准1号棱镜，记录方位角α1、俯仰角β1与转台方位读数θ1；
2)调整转台，使用经纬仪瞄准转台棱镜，记录方位角α2、俯仰角β2与转台方位读数θ2；
3)调整转台，使用经纬仪瞄准2号棱镜，记录方位角α3、俯仰角β3与转台方位读数θ3；
4)调整转台，使用经纬仪瞄准转台棱镜，记录方位角α4、俯仰角β4与转台方位读数θ4；
4数据处理
1)计算棱镜坐标系l与转台坐标系t之间的关系
1号棱镜方位角α11＝θ2-θ1-(α2-α1)
2号棱镜方位角α22＝θ4-θ3-(α4-α3)
注：根据棱镜与转台关系，应该减去90°或者90°的倍数角度，最后结果约为45°左右。
转换矩阵如下
Figure BDA0001921877620000031
其中
xl＝[cosα11 cos(90+α11) cos(90-β1)]
yl＝[cos(90-α22 cosα22 cos(90-β3)]
2)计算陀螺坐标系g与转台坐标系t之间的关系
计算4只陀螺在速率试验中分别绕转台坐标系三轴旋转中所输出脉冲的均值c、
Figure BDA0001921877620000041
根据转换关系：
Figure BDA0001921877620000042
根据同样的转换关系可以得到其它三个转换矩阵
Figure BDA0001921877620000043
再根据前述所得到棱镜与转台之间的转换矩阵
Figure BDA0001921877620000044
可以得到陀螺与棱镜之间的转换矩阵：
Figure BDA0001921877620000045
3)计算陀螺零位
计算4只陀螺在六位置试验中各个位置输出脉冲的均值
Figure BDA0001921877620000046
则陀螺零位计算如下：
Figure BDA0001921877620000047

Claims (2)

1.一种非正交角度测量装置标定系数的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)调整转台，使用经纬仪瞄准1号棱镜，记录方位角α1、俯仰角β1与转台方位读数θ1；
2)调整转台，使用经纬仪瞄准转台棱镜，记录方位角α2、俯仰角β2与转台方位读数θ2；
3)调整转台，使用经纬仪瞄准2号棱镜，记录方位角α3、俯仰角β3与转台方位读数θ3；
4)调整转台，使用经纬仪瞄准转台棱镜，记录方位角α4、俯仰角β4与转台方位读数θ4；
5)1号棱镜方位角α11＝θ2-θ1-(α2-α1)；2号棱镜方位角α22＝θ4-θ3-(α4-α3)；
6)计算陀螺与棱镜之间的转换矩阵
Figure FDA0003690612890000011
其中，
Figure FDA0003690612890000012
xl＝[cosα11 cos(90+α11) cos(90-β1)]yl＝[cos(90-α22 cosα22 cos(90-β3)]，zl＝xl×yl；计算4只陀螺零位：
Figure FDA0003690612890000021
Figure FDA0003690612890000027
Figure FDA0003690612890000022
分别为4只陀螺在六位置试验中各个位置输出脉冲值，t为采集时间；
Figure FDA0003690612890000023
表示陀螺坐标系到转台坐标系的转换矩阵，陀螺坐标系到转台坐标系的转换矩阵的计算公式为：
Figure FDA0003690612890000024
Figure FDA0003690612890000028
Figure FDA0003690612890000025
Figure FDA0003690612890000026
分别为4只陀螺在速率试验中分别绕转台坐标系三轴旋转中所输出脉冲的均值。
2.一种非正交角度测量装置标定系数的测定系统，其特征在于，包括：
第一调整单元，用于调整转台，使用经纬仪瞄准1号棱镜，记录方位角α1、俯仰角β1与转台方位读数θ1；
第二调整单元，用于调整转台，使用经纬仪瞄准转台棱镜，记录方位角α2、俯仰角β2与转台方位读数θ2；
第三调整单元，用于调整转台，使用经纬仪瞄准2号棱镜，记录方位角α3、俯仰角β3与转台方位读数θ3；
第四调整单元，用于调整转台，使用经纬仪瞄准转台棱镜，记录方位角α4、俯仰角β4与转台方位读数θ4；
第一计算单元，用于计算1号棱镜方位角α11＝θ2-θ1-(α2-α1)；2号棱镜方位角α22＝θ4-θ3-(α4-α3)；
第二计算单元，用于计算陀螺与棱镜之间的转换矩阵
Figure FDA0003690612890000031
其中，
Figure FDA0003690612890000032
xl＝[cosα11 cos(90+α11) cos(90-β1)]yl＝[cos(90-α22 cosα22 cos(90-β3)]，zl＝xl×yl；计算4只陀螺零位：
Figure FDA0003690612890000033
Figure FDA0003690612890000036
Figure FDA0003690612890000034
分别为4只陀螺在六位置试验中各个位置输出脉冲值，t为采集时间；
Figure FDA0003690612890000035
表示陀螺坐标系到转台坐标系的转换矩阵，陀螺坐标系到转台坐标系的转换矩阵的计算公式为：
Figure FDA0003690612890000041
Figure FDA0003690612890000044
Figure FDA0003690612890000042
Figure FDA0003690612890000043
分别为4只陀螺在速率试验中分别绕转台坐标系三轴旋转中所输出脉冲的均值。
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Record date: 20221208

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