CN112129321B - 陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

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Abstract

陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质，包括：根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵；根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量；根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值。采用本申请中的方案，不增加额外的操作，具有标定精度高的特点。

Description

陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及火箭对准技术，具体地，涉及一种陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质、电子设备。
背景技术
一般情况下，惯组交付火箭总装测试前经历过参数标定，这些参数中包含陀螺零偏。但是陀螺零偏在惯组长期贮存过程中会发生漂移，而且陀螺零偏存在逐次上电误差，这些因素带来的陀螺零偏相对出厂标定值的变化成为影响运载火箭导航误差的重要因素。
目前，常见的惯组陀螺零偏标定方式均基于转台或惯组内部的转位机构，具体方法有以下两种：一种是基于高精度转位的多位置标定技术，该方法的缺点是依赖转位精度；另一种是基于卡尔曼滤波的多位置对准技术，但是该方法的估计精度取决于陀螺和加速度计模型的精度。
现有技术中存在的问题：
针对内部无转位机构的捷联惯组，装载在箭上后与箭体固联，无法转动多个位置，上述传统陀螺零偏标定方法不再适用。
发明内容
本申请实施例中提供了一种陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质、电子设备，以解决上述技术问题。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种陀螺零偏标定值确定方法，包括如下步骤：
根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵；
根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量；
根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种陀螺零偏标定值确定装置，包括：
姿态矩阵计算模块，用于根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵；
转速分量计算模块，用于根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量；
零偏标定确定模块，用于根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值。
根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述陀螺零偏标定值确定方法的步骤。
根据本申请实施例的第四个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、以及一个或多个处理器，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上所述的陀螺零偏标定值确定方法。
采用本申请实施例中提供的陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质、电子设备，通过惯组外部方位基准以及自身的不水平度信息建立姿态矩阵，进而将地球转速分解至各个敏感轴，将敏感轴分量与惯组实际各轴输出量进行对比作差，得到陀螺零偏标定值，不增加额外的操作，具有标定精度高的特点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例一中陀螺零偏标定值确定方法实施的流程示意图；
图2示出了本申请实施例中水平状态箭上惯组姿态角定义示意图；
图3示出了本申请实施例二中陀螺零偏标定值确定装置的结构示意图；
图4示出了本申请实施例四中电子设备的结构示意图；
图5示出了本申请实施例五中瞄准设备布置示意图。
具体实施方式
针对现有技术存在的技术问题，本申请实施例中提供了一种基于惯组外部方位基准的陀螺零偏标定方法，通过惯组外部方位基准以及自身不水平度信息建立姿态矩阵，进而将地球转速分解至各个敏感轴，将敏感轴分量与惯组实际各轴输出量进行对比作差，即得到陀螺零偏标定值。该标定方法不增加额外的操作，具有标定精度高的特点。
本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
图1示出了本申请实施例一中陀螺零偏标定值确定方法实施的流程示意图。
如图所示，所述陀螺零偏标定值确定方法包括：
步骤101、根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵；
步骤102、根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量；
步骤103、根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值。
采用本申请实施例中提供的陀螺零偏标定值确定方法，通过惯组外部方位基准以及自身的不水平度信息建立姿态矩阵，进而将地球转速分解至各个敏感轴，将敏感轴分量与惯组实际各轴输出量进行对比作差，得到陀螺零偏标定值，不增加额外的操作，具有标定精度高的特点。
图2示出了本申请实施例中水平状态箭上惯组姿态角定义示意图。
如图所示，包括地理坐标系和惯组测量坐标系，
其中，
选取东-北-天(E-N-U)坐标系为地理坐标系；
水平时，
Figure BDA0002679111880000041
为惯组
Figure BDA0002679111880000042
在EON平面(水平面)上的投影，定义方位角ψ＝∠NOS；俯仰角θ＝∠SOXM；惯组
Figure BDA0002679111880000043
为ψ、θ已确定时惯组系横轴的零位，也即在ψ不变，
Figure BDA0002679111880000044
均在水平面上时的
Figure BDA0002679111880000045
它平行于平面OXMS的法线，定义滚转角γ＝∠ZMfOZM。
在一种实施方式中，所述根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵，包括：
Figure BDA0002679111880000046
其中，ψ为惯组外部方位基准，θ为俯仰角，γ为滚转角，所述γ根据惯组XM轴和ZM轴的不水平度计算得到，
Figure BDA0002679111880000047
Figure BDA0002679111880000048
在一种实施方式中，俯仰角θ即为惯组XM轴不水平度，滚转角γ由下式计算得到：
γ＝asin(sin(-Ez)/cos(Ex))；
其中，Ex为惯组XM轴不水平度，Ez为惯组ZM轴不水平度。
在一种实施方式中，所述根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量，包括：
Figure BDA0002679111880000051
其中，
Figure BDA0002679111880000052
为姿态矩阵，ωie为地球自转角速度，L为纬度。
在一种实施方式中，所述根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值，包括：
Figure BDA0002679111880000053
其中，ωx、ωy和ωz分别为惯组三轴陀螺的输出量，
Figure BDA0002679111880000054
和
Figure BDA0002679111880000055
为惯组XM、YM、ZM轴地球转速分量。
在一种实施方式中，所述惯组外部方位基准和惯组自身的不水平度信息，通过下述步骤得到：
第一瞄准仪粗瞄箭上惯组棱镜并开始采集惯组自身的不水平度信息；
第一瞄准仪精瞄箭上惯组棱镜并与第二瞄准仪对瞄，在此过程中持续采集惯组自身的不水平度信息；其中，所述第二瞄准仪预先瞄准标杆仪；
根据第一瞄准仪、第二瞄准仪的输出以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组外部方位基准。
实施例二
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种陀螺零偏标定值确定装置，该装置解决技术问题的原理与一种陀螺零偏标定值确定方法相似，重复之处不再赘述。
图3示出了本申请实施例二中陀螺零偏标定值确定装置的结构示意图。
如图所示，所述陀螺零偏标定值确定装置包括：
姿态矩阵计算模块301，用于根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵；
转速分量计算模块302，用于根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量；
零偏标定确定模块303，用于根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值。
采用本申请实施例中提供的陀螺零偏标定值确定装置，通过惯组外部方位基准以及自身的不水平度信息建立姿态矩阵，进而将地球转速分解至各个敏感轴，将敏感轴分量与惯组实际各轴输出量进行对比作差，得到陀螺零偏标定值，不增加额外的操作，具有标定精度高的特点。
在一种实施方式中，所述姿态矩阵计算模块具体用于采用下式计算姿态矩阵：
Figure BDA0002679111880000061
其中，ψ为惯组外部方位基准，θ为俯仰角，γ为滚转角，所述γ根据惯组XM轴和ZM轴的不水平度计算得到，
Figure BDA0002679111880000062
Figure BDA0002679111880000063
在一种实施方式中，俯仰角θ即为惯组XM轴不水平度，滚转角γ由下式计算得到：
γ＝asin(sin(-Ez)/cos(Ex))；
其中，Ex为惯组XM轴不水平度，Ez为惯组ZM轴不水平度。
在一种实施方式中，所述转速分量计算模块具体用于采用下式计算：
Figure BDA0002679111880000071
其中，
Figure BDA0002679111880000072
为姿态矩阵，ωie为地球自转角速度，L为纬度。
在一种实施方式中，所述零偏标定确定模块具体采用下式计算：
Figure BDA0002679111880000073
其中，ωx、ωy和ωz分别为惯组三轴陀螺的输出量，
Figure BDA0002679111880000074
和
Figure BDA0002679111880000075
为惯组XM、YM、ZM轴地球转速分量。
在一种实施方式中，所述装置进一步包括：
控制模块，用于控制第一瞄准仪粗瞄箭上惯组棱镜并开始采集惯组自身的不水平度信息；控制第一瞄准仪精瞄箭上惯组棱镜并与第二瞄准仪对瞄，在此过程中持续采集惯组自身的不水平度信息；根据第一瞄准仪、第二瞄准仪的输出以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组外部方位基准；其中，所述第二瞄准仪预先瞄准标杆仪。
实施例三
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种计算机存储介质，下面进行说明。
所述计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所述陀螺零偏标定值确定方法的步骤。
采用本申请实施例中提供的计算机存储介质，通过惯组外部方位基准以及自身的不水平度信息建立姿态矩阵，进而将地球转速分解至各个敏感轴，将敏感轴分量与惯组实际各轴输出量进行对比作差，得到陀螺零偏标定值，不增加额外的操作，具有标定精度高的特点。
实施例四
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，下面进行说明。
图4示出了本申请实施例四中电子设备的结构示意图。
如图所示，所述电子设备包括存储器401、以及一个或多个处理器402，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如实施例一所述的陀螺零偏标定值确定方法。
采用本申请实施例中提供的电子设备，通过惯组外部方位基准以及自身的不水平度信息建立姿态矩阵，进而将地球转速分解至各个敏感轴，将敏感轴分量与惯组实际各轴输出量进行对比作差，得到陀螺零偏标定值，不增加额外的操作，具有标定精度高的特点。
实施例五
为了便于本申请的实施，本申请实施例以一具体实例进行说明。
图5示出了本申请实施例五中瞄准设备布置示意图。
如图所示，所述陀螺零偏标定方法包括以下步骤：
a)发射车在场坪停好，场坪不水平度满足发射车展车调平要求；
b)在场坪J点架设标杆仪，调平，对心；
c)在发射车舱外侧瞄准窗口对应的位置架设第一瞄准仪，操作第一瞄准仪粗瞄箭上惯组棱镜；
d)在场坪M点架设带对心器的第二瞄准仪，调平，对心；
e)第二瞄准仪瞄准标杆仪，方位清零；
f)箭上惯组进行不水平度采集，得到XM轴不水平度Ex、以及ZM轴不水平度Ez，同步采集惯组脉冲数；
g)操作第一瞄准仪精瞄箭上惯组棱镜，方位清零，记录第一瞄准仪的俯仰角Sita；
h)将第一瞄准仪与第二瞄准仪对瞄，记录第二瞄准仪方位Am0、以及第一瞄准仪方位Am1；
i)不水平采集结束，根据瞄准仪输出及箭上惯组不水平度计算得到箭上惯组方位角ψ；具体计算公式如下：
ψ＝Aj+Am0-Am1-90°-α–tan(Sita)*(β-Ex)
其中，Aj为场坪M点至J点的方位角；Am0为第二瞄准仪方位角；Am1为第一瞄准仪的方位角；α、β分别为惯组棱镜安装误差角；Sita为第一瞄准仪的俯仰角；Ex为箭上惯组XM轴不水平度。
j)利用惯组XM轴、ZM轴不水平度计算惯组俯仰角θ及滚转角γ；
k)利用箭上惯组方位角ψ，俯仰角θ，滚转角γ，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵；
l)利用姿态矩阵将地球转速分解，得到惯组XM、YM、ZM轴地球转速分量；
m)将惯组各轴地球转速分量与惯组实际各轴输出量进行对比作差，即得到陀螺零偏标定值。
本申请实施例提出了一种基于惯组外部方位基准的陀螺零偏标定方法，解决了火箭转载至发射车后陀螺零偏难以标定的难题，在精确瞄准的同时(不增加额外操作)利用获得的惯组外部方位基准同步实现了陀螺零偏的实时标定，提升了陀螺实际使用精度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种陀螺零偏标定值确定方法，其特征在于，包括：
根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵；
根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量；
根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值；
所述惯组外部方位基准和惯组自身的不水平度信息，通过下述步骤得到：
第一瞄准仪粗瞄箭上惯组棱镜并开始采集惯组自身的不水平度信息；
第一瞄准仪精瞄箭上惯组棱镜并与第二瞄准仪对瞄，在此过程中持续采集惯组自身的不水平度信息；其中，所述第二瞄准仪预先瞄准标杆仪；
根据第一瞄准仪、第二瞄准仪的输出以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组外部方位基准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵，包括：
Figure FDA0003906560700000011
其中，ψ为惯组外部方位基准，俯仰角θ为惯组XM轴不水平度，γ为滚转角，所述γ根据惯组XM轴和ZM轴的不水平度计算得到，
Figure FDA0003906560700000021
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，滚转角γ由下式计算得到：
γ＝asin(sin(-Ez)/cos(Ex))；
其中，Ex为惯组XM轴不水平度，Ez为惯组ZM轴不水平度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量，包括：
Figure FDA0003906560700000022
其中，
Figure FDA0003906560700000023
为姿态矩阵，ωie为地球自转角速度，L为纬度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值，包括：
Figure FDA0003906560700000024
其中，ωx、ωy和ωz分别为惯组三轴陀螺的输出量，
Figure FDA0003906560700000025
和
Figure FDA0003906560700000026
为惯组XM、YM、ZM轴地球转速分量。
6.一种陀螺零偏标定值确定装置，其特征在于，包括：
姿态矩阵计算模块，用于根据惯组外部方位基准以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组测量坐标系与地理坐标系的姿态矩阵；
转速分量计算模块，用于根据所述姿态矩阵将地球转速分解至各个敏感轴，得到惯组各敏感轴的地球转速分量；
零偏标定确定模块，用于根据敏感轴的地球转速分量与惯组实际各轴输出量，确定陀螺零偏标定值；
进一步包括：
控制模块，用于控制第一瞄准仪粗瞄箭上惯组棱镜并开始采集惯组自身的不水平度信息；控制第一瞄准仪精瞄箭上惯组棱镜并与第二瞄准仪对瞄，在此过程中持续采集惯组自身的不水平度信息；根据第一瞄准仪、第二瞄准仪的输出以及惯组自身的不水平度信息，计算得到惯组外部方位基准；其中，所述第二瞄准仪预先瞄准标杆仪。
7.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一所述方法的步骤。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、以及一个或多个处理器，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至5任一所述的方法。
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