CN112325901B - 一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法，包括如下步骤：步骤1、将备用方位陀螺仪安装于水平方向上，并换算标度值；步骤2、在系泊状态下，在设备正常校准后，将步骤1计算得到的标度值装入系统，按照水平定标程序求取系统级的标度；步骤3、根据步骤2得出的系统级的标度和电流源值换算备用方位陀螺仪的新标度；步骤4、将备用方位陀螺仪回装。本发明相对于传统的计算方法更准确，在实际的装备保障过程中得到了应用，效果良好。

Description

一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法

技术领域

本发明属于方位陀螺仪技术领域，设计方位陀螺仪标度计算，尤其是一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法。

背景技术

惯导是舰艇航海导航装备的核心，是舰载武器装备有效发挥作战能力的基石，其参数准确性对于舰艇战斗力至关重要。

目前，海军大多数舰艇列装的都是平台式惯导。平台式惯导一般安装有三个单自由度陀螺仪、两个单自由度水平加速度计和一个垂向加速度计。三个陀螺仪分别称之为：东向陀螺仪GE(陀螺仪的输入轴定向在东西水平方向)、北向陀螺仪GN(陀螺仪的输入轴定向在南北水平方向)、方位陀螺仪GB(陀螺仪的输入轴定向在垂直水平面方向)。两个水平加速度计分别称之为东向加速度计AE(加速度计输入轴定向在东西水平方向)、北向加速度计AN(加速度计输入轴定向在南北水平方向)。

其中，方位陀螺仪是方位回路的关键，其标度的准确性直接影响到陀螺测漂，进而影响到设备的动态精度，特别是输出的航向精度。根据定标原理可知，方位陀螺仪标度的系统级求取必须在静基座条件下完成，但是在舰艇在航任务期间，静基座条件很难达到。

下面对陀螺仪标度的系统级计算原理进行说明：

(1)水平陀螺仪标度的系统级计算原理：

根据惯导原理可知，东向陀螺仪和北向加速度计回路，如图1所示：

其中，

Ay：北向加速度计输出的加速度；

ΔVy：速度增量；

Ωy:地球自转在地理北向上的分量；

q:东向陀螺仪敏感轴和地理东向的夹角；

R：地球半径；

Kgx:实际标度Kx与装订标度Kcx的比值；

g：重力加速度；

εx：东向陀螺仪漂移量；

α：平台与水平面的夹角。

在q＝270度时：

(-ΔV_y270/R-Ω_y)K_gx+Ω_y+ε_x＝0 (1)

在q＝90度时：

(-ΔV_y90/R+Ω_y)K_gx-Ω_y+ε_x＝0 (2)

整理(1)式和(2)式，即可得：

k_x＝k_cx×2Ω_y/(2Ω_y-(ΔV_y90/R-ΔV_y270/R)) (3)

(3)式中“＝”右边都是已知量，可求得水平东向陀螺仪的标度。

北向陀螺仪标度的求取方法类似。

由计算过程可知，求取水平陀螺仪标度对是否处于静止状态没有要求。

(2)方位陀螺仪标度的系统级计算原理：

根据惯导原理可知，方位陀螺仪定标原理如图2所示：

惯性平台台体调平，方位陀螺敏感轴敏感地球自转角速度垂直分量Ωsinφ，则平台台体绕垂直轴的转动角速度为－Ωsinφ，对陀螺漂移值εz进行测量，设定台体转动角度值Δγ0，以装订标度值kzc、Ωsinφ和εz值计算转动Δγ0所需时间t0，给方位陀螺力矩器在设定时间t0内施矩，由台体轴测角装置测量起始角度γ0和结束角度值γ1，根据转动角度误差Δγ与Δγ0之差与设定值Δγ0之差δγ计算实际的标度值kz。

由上可知，方位陀螺仪标度的求取必须在静基座条件下完成。

而目前，通常情况系泊条件下方位陀螺仪标度的计算方法为：

在静基座条件下，新方位陀螺仪安装于设备上之后，其初始的标度求取方法是：

K_z0＝118/120×k_c×I_Z×100 (4)

其中，K_z0为方位陀螺仪标度；

k_c为方位陀螺仪本身的标度因数；

I_Z为方位路的电流源值。

由式(4)可知，标度主要与方位陀螺仪本身的标度因数k_c方位路的电流源数值I_Z相关，因为每台设备其它相关参数的差异会对标度产生一定的影响，故需要通过系统级的定标求取准确的标度值K_z0。

在舰艇系泊状态下，因为惯导不具备静止条件，不能在系统上通过定标程序求取标度值，通常情况更换完方位陀螺仪，计算标度的方法是：

K_z1＝K_z0×k_cz1/k_cz0

其中，K_z1为新更换方位陀螺仪的标度；

K_z0为更换下的旧方位陀螺仪的标度；

k_cz1为新更换方位陀螺仪的标度因数；

k_cz0为更换下的旧方位陀螺仪的标度因数。

因为k_c0和k_c1为在实验室条件求取的陀螺仪本身的参数，随着时间的推移，参数本身会存在一定的变换，故上述方法求取的标度值可能会有相对较大的误差。

因此，本发明提出了一种系泊条件下计算方位陀螺仪标度的方法，计算误差小，经在日常装备保障过程中验证，效果良好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、计算结果准确性高且误差小的平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法，包括如下步骤：

步骤1、将备用方位陀螺仪安装于水平方向上，并换算标度值；

步骤2、在系泊状态下，在设备正常校准后，将步骤1计算得到的标度值装入系统，按照水平定标程序求取系统级的标度；

步骤3、根据步骤2得出的系统级的标度和电流源值换算备用方位陀螺仪的新标度；

步骤4、将备用方位陀螺仪回装。

而且，所述步骤1是具体方法为：

将备用方位陀螺仪G_z2安装于水平方向上并换算标度值K_x1′；

将方位陀螺仪安装于水平东向，其计算公式为：

K_x1′＝K_x0×k_cz1/k_cx0

其中，K_x1′为新更换方位陀螺仪安装于水平东向的标度；

K_x0为更换下的东向陀螺仪的标度；

k_cz1为新更换方位陀螺仪的标度因数；

k_cx0为更换下的东向陀螺仪的标度因数。

而且，所述步骤2的具体方法为：

按照正常程序启动惯导，确定惯导无其它故障后，将步骤1计算得到的标度值装入系统，在系泊状态下，按照定标程序，进行水平定标，求取系统级的标度值K_x1；

k_x＝k_cx×2Ω_y/(2Ω_y-(ΔV_y90/R-ΔV_y270/R))

而且，所述步骤3的具体方法为：

分别查询方位路和东向路系统的电流值I_z和I_x，根据K_z1＝K_x1×I_z/I_x求取方位陀螺仪的新标度K_z1。

而且，所述步骤4的具体方法为：

将备用方位陀螺仪G_z2安装于方位陀螺位置，将K_z1装订于系统，并开机考核确认设备工作正常。

本发明的优点和有益效果：

本发明在试验室和舰艇系泊或进坞条件验证，在系泊条件下本发明的计算方位陀螺仪标度的方法求取的方位陀螺仪标度值相对于传统的计算方法更准确，在实际的装备保障过程中得到了应用，效果良好。

附图说明

图1为本发明的背景技术中东向陀螺仪定标原理框图；

图2为本发明的背景技术中方位陀螺仪定标原理框图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

在本实施例中，本发明的平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方案的前提是：

(1)有两个可用的方位陀螺仪G_z1和G_z2；

(2)除需要更换方位陀螺仪外，设备工作正常，无其它故障。

通常情况下，若需要更换方位陀螺仪，一般是陀螺仪精度下降或者本身故障不能正常启动。需要使用两个备用方位陀螺仪中的一个G_z1将故障陀螺仪换下，使用传统的标度计算方法进行计算，将参数装订于系统。

一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法，包括如下步骤：

步骤1、将备用方位陀螺仪安装于水平方向上，并换算标度值K_x1′；

所述步骤1是具体方法为：

将备用方位陀螺仪G_z2安装于水平方向上并换算标度值K_x1′；

在本实施例中，以将方位陀螺仪安装于水平东向为例：

K_x1′＝K_x0×k_cz1/k_cx0

其中，K_x1′为新更换方位陀螺仪安装于水平东向的标度；

K_x0为更换下的东向陀螺仪的标度；

k_cz1为新更换方位陀螺仪的标度因数；

k_cx0为更换下的东向陀螺仪的标度因数。

步骤2、在系泊状态下，在设备正常校准后，将步骤1计算得到的标度值装入系统，按照水平定标程序求取系统级的标度；

所述步骤2的具体方法为：

按照正常程序启动惯导，确定惯导无其它故障后，将步骤1计算得到的标度值装入系统，在系泊状态下，按照定标程序，进行水平定标，求取系统级的标度值K_x1；

k_x＝k_cx×2Ω_y/(2Ω_y-(ΔV_y90/R-ΔV_y270/R))

步骤3、根据步骤2得出的系统级的标度和电流源值换算备用方位陀螺仪的新标度；

所述步骤3的具体方法为：

分别查询方位路和东向路系统的电流值I_z和I_x，根据K_z1＝K_x1×I_z/I_x求取方位陀螺仪的新标度K_z1。

步骤4、将备用方位陀螺仪回装。

所述步骤4的具体方法为：

将备用方位陀螺仪G_z2安装于方位陀螺位置，将K_z1装订于系统，并开机考核确认设备工作正常。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，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 (3)

1.一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、将备用方位陀螺仪安装于水平方向上，并换算标度值；

步骤2、在系泊状态下，在设备正常校准后，将步骤1计算得到的标度值装入系统，按照水平定标程序求取系统级的标度；

步骤3、根据步骤2得出的系统级的标度和电流源值换算备用方位陀螺仪的新标度；

步骤4、将备用方位陀螺仪回装；

所述步骤1是具体方法为：

将备用方位陀螺仪G_z2安装于水平方向上并换算标度值K_x1′；

将方位陀螺仪安装于水平东向，其计算公式为：

K_x1′＝K_x0×k_cz1/k_cx0

其中，K_x1′为新更换方位陀螺仪安装于水平东向的标度值；

K_x0为更换下的东向陀螺仪的标度；

k_cz1为新更换方位陀螺仪的标度因数；

k_cx0为更换下的东向陀螺仪的标度因数；

所述步骤2的具体方法为：

按照正常程序启动惯导，确定惯导无其它故障后，将步骤1计算得到的标度值装入系统，在系泊状态下，按照定标程序，进行水平定标，求取系统级的标度值K_x1；

K_x1＝K_x1′×2Ω_y/(2Ω_y-(ΔV_y90/R-ΔV_y270/R))。

2.根据权利要求1所述的一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：

分别查询方位路和东向路系统的电流值I_z和I_x，根据K_z1＝K_x1×I_z/I_x求取方位陀螺仪的新标度K_z1。

3.根据权利要求1所述的一种平台式惯导系泊状态下计算方位陀螺仪标度的方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：

将备用方位陀螺仪G_z2安装于方位陀螺位置，将K_z1装订于系统，并开机考核确认设备工作正常。

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