CN113865585B - 一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法和系统，该方法包括：建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统；基于建立的陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，进行陀螺仪组合高阶误差系数分离测试，得到测试结果；根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数；根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，进而实现对惯性导航陀螺仪测量误差的补偿。本发明可分离出陀螺仪组合的各项误差系数，通过误差补偿提高了陀螺仪组合的测量精度。

Description

一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法和系统
技术领域
本发明属于惯性导航技术领域，尤其涉及一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法和系统。
背景技术
惯性导航广泛应用于导弹、飞机、舰船和兵器等领域，主要作用是实时确定载体相对导航系的位置、速度和姿态信息。在实现上述导航功能的过程中，陀螺仪组合的精度直接决定了姿态解算的精度，加速度计组合的精度直接决定了位置和速度的精度。为实现高精度的导航，必须从硬件上提高惯性器件的精度，但由于牵涉到材料、工艺等基础学科，难以在短期内较大幅度提高惯性器件的精度。而采取误差补偿的方法可在短期内显著提高惯性器件的使用精度。
误差补偿的前提条件是标定出误差系数。目前，基于重力场多位置翻滚试验只能分离出加速度计组合的零偏和标度因数等低阶误差项，而分离的二次项、奇二次项、交叉耦合项等高阶误差项置信度较低。为此，开展基于离心机大过载激励的高阶误差项分离方法是一项关键技术。
采用离心机分离惯性器件误差系数时，要求具有高精度的离心机。在目前公开的资料上，都是以离心机的加速度作为惯性器件误差分离的基准。离心机的基本原理是单轴速率转台，在离心机杆臂转动过程中，会产生向心加速度。当要求常值向心加速度时，就要求离心机的转动速度非常平稳。
《惯性器件(下)》(中国宇航出版社)中625～630页中，介绍了单表级(比如，石英加速度计、陀螺加速度计等)的离心机试验，但没有陀螺仪的离心机测试方法，也没有系统级的离心机测试方法。因此，虽然离心机可激励出大过载，但是否能分离出惯性测量系统所有的高阶误差项尚不可知，所以，如何通过离心机上有效地分离出高精度惯性器件的所有误差系数是一个关键技术。
为此，需要研究一种基于离心机大过载激励的惯性测量系统中的陀螺仪组合高阶误差系数分离方法，以便通过误差补偿提高惯性器件的使用精度，进而提高惯性导航的精度。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法和系统，可分离出陀螺仪组合的各项误差系数，通过误差补偿提高了陀螺仪组合的测量精度。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法，包括：
建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统；
基于建立的陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，进行陀螺仪组合高阶误差系数分离测试，得到测试结果；
根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数；
根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，进而实现对惯性导航陀螺仪测量误差的补偿。
在上述陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法中，建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，包括：
将离心机杆臂安装在基座上，将反转平台安装在离心机杆臂的一端，将配重安装在离心机杆臂的另一端，构建得到陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统；
离心机杆臂与基座的连接点为离心机杆臂的中心；
配重，用于平衡反转平台和陀螺仪组合的质量和。
在上述陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法中，
基座的坐标系与东北天地理坐标系Oxeyeze重合；其中，Oxe轴指东、Oye轴指北、Oze轴指天，满足右手坐标系；
离心机杆臂的坐标系为Oxpypzp；其中，Oxp轴与离心机杆臂轴向重合并指向外、Oyp轴与离心机杆臂垂直并处于水平面内、Ozp轴指天，满足右手坐标系；
反转平台的坐标系为Oxqyqzq；其中，Oxq轴与Oyq轴处于水平面内、Ozq轴指天，满足右手坐标系；
陀螺仪组合的坐标系为Oxbybzb；其中，Oxbybzb坐标系与Oxqyqzq坐标系的坐标轴方向相同。
在上述陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法中，
将陀螺仪组合安装在反转平台上；
控制基座以角速度ω带动离心机杆臂转动，形成向心加速度，作为装在反转平台上的陀螺仪组合的激励，共激励六次；其中，第一至三次激励过程中，基座的转速为ω1；第四至六次激励过程中，基座的转速为ω2；ω2>ω1；
获取第一次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值az1,xi、az1,yi和az1,zi，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εz1,xi、εz1,yi和εz1,zi；其中，i＝1,2,…,n1，
获取第二次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ay1,xj、ay1,yj和ay1,zj，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εy1,xj、εy1,yj和εy1,zj；其中，j＝1,2,…,n1；
获取第三次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ax1,xk、ax1,yk和ax1,zk，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εx1,xk、εx1,yk和εx1,zk；其中，k＝1,2,…,n1；
获取第四次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值az2,xp、az2,yp和az2,zp，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εz2,xp、εz2,yp和εz2,zp；其中，p＝1,2,…,n2，
获取第五次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ay2,xq、ay2,yq和ay2,zq，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εy2,xq、εy2,yq和εy2,zq；其中，q＝1,2,…,n2；
获取第六次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ax2,xr、ax2,yr和ax2,zr，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εx2,xr、εx2,yr和εx2,zr；其中，r＝1,2,…,n2。
在上述陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法中，
第一次激励时，设置陀螺仪组合的Qzb轴朝天，Qxb轴和Qyb轴处于水平面内；基座以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT；
第二次激励时，设置陀螺仪组合的Qyb轴朝天，Qxb轴和Qzb轴处于水平面内；基座以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT；
第三次激励时，设置陀螺仪组合的Qxb轴朝天，Qyb轴和Qzb轴处于水平面内；基座以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT；
第四次激励时，设置陀螺仪组合的Qzb轴朝天，Qxb轴和Qyb轴处于水平面内；基座以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT；
第五次激励时，设置陀螺仪组合的Qyb轴朝天，Qxb轴和Qzb轴处于水平面内；基座以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT；
第六次激励时，设置陀螺仪组合的Qxb轴朝天，Qyb轴和Qzb轴处于水平面内；基座以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT。
在上述陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法中，
az1,xi、az1,yi和az1,zi的解算公式如下：
ay1,xj、ay1,yj和ay1,zj的解算公式如下：
ax1,xk、ax1,yk和ax1,zk的解算公式如下：
az2,xp、az2,yp和az2,zp的解算公式如下：
ay2,xq、ay2,yq和ay2,zq的解算公式如下：
ax2,xr、ax2,yr和ax2,zr的解算公式如下：
其中，R表示反转平台4距离离心机杆臂2中心的距离，g表示重力加速度。
在上述陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法中，陀螺仪组合误差模型表示如下：
其中，εx、εy、εz分别表示陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的测量输出漂移量；D0x、D0y、D0z分别表示陀螺仪组合中Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴陀螺仪的零次项漂移；D1x、D2x、D3x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D1y、D2y、D3y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D1z、D2z、D3z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D4x、D5x、D6x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D4y、D5y、D6y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D4z、D5z、D6z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D7x、D8x、D9x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；D7y、D8y、D9y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；D7z、D8z、D9z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；ax、ay和az分别表示与陀螺仪组合配套的加速度计组合测量得到的对应时刻的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的理论视加速度。
在上述陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法中，根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数，包括：
将通过陀螺仪组合高阶误差系数分离测试得到的az1,xi、az1,yi、az1,zi、ay1,xj、ay1,yj、ay1,zj、ax1,xk、ax1,yk、ax1,zk、az2,xp、az2,yp、az2,zp、ay2,xq、ay2,yq、ay2,zq、ax2,xr、ax2,yr、ax2,zr、εz1,xi、εz1,yi、εz1,zi、εy1,xj、εy1,yj、εy1,zj、εx1,xk、εx1,yk、εx1,zk、εz2,xp、εz2,yp、εz2,zp、εy2,xq、εy2,yq、εy2,zq、εx2,xr、εx2,yr和εx2,zr，代入陀螺仪组合误差模型中，分离出如下误差系数：D0x、D1x、D2x、D3x、D4x、D5x、D6x、D7x、D8x、D9x、D0y、D0z、D1y、D2y、D3y、D4y、D5y、D6y、D7y、D8y、D9y、D1z、D2z、D3z、D4z、D5z、D6z、D7z、D8z、D9z。
在上述陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法中，根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，包括：
实时采集陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的测量输出Dx、Dy和Dz；
通过与陀螺仪组合配套的加速度计组合测量得到对应时刻的视加速度ax、ay和az；
根据分离出的D0x、D1x、D2x、D3x、D4x、D5x、D6x、D7x、D8x、D9x、D0y、D0z、D1y、D2y、D3y、D4y、D5y、D6y、D7y、D8y、D9y、D1z、D2z、D3z、D4z、D5z、D6z、D7z、D8z、D9z，测量得到的ax、ay和az，通过补偿公式，对Dx、Dy和Dz进行误差补偿，得到一组补偿后的测量值D′x、D′y和D′z：
相应的，本发明还公开了一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿系统，包括：
建立模块，用于建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统；
测试模块，用于基于建立的陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，进行陀螺仪组合高阶误差系数分离测试，得到测试结果；
分离模块，用于根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数；
补偿模块，用于根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，进而实现对惯性导航陀螺仪测量误差的补偿。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方案，确保了陀螺仪组合的所有高阶误差项的完全可观，辨识出了陀螺仪组合的所有高阶误差项的精确值，并首次给出了每个系数的具体表达式。
(2)本发明公开了一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方案，相对于重力场多位置标定的速度计组合高阶误差项，本发明的方法具有更高的置信度。
(3)本发明公开了一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方案，陀螺仪组合补偿后不仅可提高车载、机载等地面重力场环境应用时的使用精度，更可大幅度提高弹载条件下的落点精度，实现长航程惯性制导的精确打击。
附图说明
图1是本发明实施例中一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中一种陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统的结构框图；
图3是本发明实施例中六次激励的过载曲线示意图；
图4是本发明实施例中第一次和第四次激励时的各坐标系的关系示意图；
图5是本发明实施例中第一次激励时的陀螺仪组合输出漂移值的示意图；
图6是本发明实施例中第四次激励时的陀螺仪组合输出漂移值的示意图；
图7是本发明实施例中第二次和第五次激励时的各坐标系的关系示意图；
图8是本发明实施例中第二次激励时的陀螺仪组合输出漂移值的示意图；
图9是本发明实施例中第五次激励时的陀螺仪组合输出漂移值的示意图；
图10是本发明实施例中第三次激励时的各坐标系的关系示意图；
图11是本发明实施例中第三次激励时的陀螺仪组合输出漂移值的示意图；
图12是本发明实施例中第六次激励时的陀螺仪组合输出漂移值的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法，包括：
步骤101，建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统。
在本实施例中，将离心机杆臂2安装在基座1上，将反转平台4安装在离心机杆臂2的一端，将配重5安装在离心机杆臂2的另一端，构建得到陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，如图2所示。其中，离心机杆臂2与基座1的连接点为离心机杆臂2的中心；配重5，用于平衡反转平台4和陀螺仪组合3的质量和。
优选的，本发明实施例中使用到的各坐标系的定义如下：
基座1的坐标系与东北天地理坐标系Oxeyeze重合。其中，Oxe轴指东、Oye轴指北、Oze轴指天，满足右手坐标系。
离心机杆臂2的坐标系为Oxpypzp。其中，Oxp轴与离心机杆臂2轴向重合并指向外、Oyp轴与离心机杆臂2垂直并处于水平面内、Ozp轴指天，满足右手坐标系。
反转平台4的坐标系为Oxqyqzq。其中，Oxq轴与Oyq轴处于水平面内、Ozq轴指天，满足右手坐标系。
陀螺仪组合3的坐标系为Oxbybzb。其中，Oxbybzb坐标系与Oxqyqzq坐标系的坐标轴方向相同。
步骤102，基于建立的陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，进行陀螺仪组合高阶误差系数分离测试，得到测试结果。
在本实施例中，可将陀螺仪组合3安装在反转平台4上；控制基座1以角速度ω带动离心机杆臂2转动，形成向心加速度，作为装在反转平台4上的陀螺仪组合3的激励，共激励六次；其中，第一至三次激励过程中，基座1的转速为ω1；第四至六次激励过程中，基座1的转速为ω2；ω2>ω1。获取第一次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值az1,xi、az1,yi和az1,zi，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εz1,xi、εz1,yi和εz1,zi；获取第二次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ay1,xj、ay1,yj和ay1,zj，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εy1,xj、εy1,yj和εy1,zj；获取第三次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ax1,xk、ax1,yk和ax1,zk，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εx1,xk、εx1,yk和εx1,zk；获取第四次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值az2,xp、az2,yp和az2,zp，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εz2,xp、εz2,yp和εz2,zp；获取第五次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ay2,xq、ay2,yq和ay2,zq，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εy2,xq、εy2,yq和εy2,zq；获取第六次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ax2,xr、ax2,yr和ax2,zr，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εx2,xr、εx2,yr和εx2,zr。其中，i＝1,2,…,n1，j＝1,2,…,n1，k＝1,2,…,n1，p＝1,2,…,n2，q＝1,2,…,n2，r＝1,2,…,n2，
优选的，每次测试激励的参数设置如下：
第一次激励时，设置陀螺仪组合的Qzb轴朝天，Qxb轴和Qyb轴处于水平面内；基座1以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT。
第二次激励时，设置陀螺仪组合的Qyb轴朝天，Qxb轴和Qzb轴处于水平面内；基座1以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT。
第三次激励时，设置陀螺仪组合的Qxb轴朝天，Qyb轴和Qzb轴处于水平面内；基座1)以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT。
第四次激励时，设置陀螺仪组合的Qzb轴朝天，Qxb轴和Qyb轴处于水平面内；基座1以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT。
第五次激励时，设置陀螺仪组合的Qyb轴朝天，Qxb轴和Qzb轴处于水平面内；基座1以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT。
第六次激励时，设置陀螺仪组合的Qxb轴朝天，Qyb轴和Qzb轴处于水平面内；基座1以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT。
优选的，通过陀螺仪组合高阶误差系数分离测试得到的测试结果至少包括如下参数：az1,xi、az1,yi、az1,zi、ay1,xj、ay1,yj、ay1,zj、ax1,xk、ax1,yk、ax1,zk、az2,xp、az2,yp、az2,zp、ay2,xq、ay2,yq、ay2,zq、ax2,xr、ax2,yr、ax2,zr、εz1,xi、εz1,yi、εz1,zi、εy1,xj、εy1,yj、εy1,zj、εx1,xk、εx1,yk、εx1,zk、εz2,xp、εz2,yp、εz2,zp、εy2,xq、εy2,yq、εy2,zq、εx2,xr、εx2,yr和εx2,zr。
进一步的：
az1,xi、az1,yi和az1,zi的解算公式如下：
ay1,xj、ay1,yj和ay1,zj的解算公式如下：
ax1,xk、ax1,yk和ax1,zk的解算公式如下：
az2,xp、az2,yp和az2,zp的解算公式如下：
ay2,xq、ay2,yq和ay2,zq的解算公式如下：
ax2,xr、ax2,yr和ax2,zr的解算公式如下：
其中，R表示反转平台4距离离心机杆臂2中心的距离，g表示重力加速度。
步骤103，根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数。
在本实施例中，陀螺仪组合误差模型表示如下：
其中，εx、εy、εz分别表示陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的测量输出漂移量；D0x、D0y、D0z分别表示陀螺仪组合中Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴陀螺仪的零次项漂移；D1x、D2x、D3x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D1y、D2y、D3y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D1z、D2z、D3z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D4x、D5x、D6x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D4y、D5y、D6y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D4z、D5z、D6z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D7x、D8x、D9x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；D7y、D8y、D9y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；D7z、D8z、D9z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；ax、ay和az分别表示与陀螺仪组合配套的加速度计组合测量得到的对应时刻的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的理论视加速度。
进一步的，将通过步骤102陀螺仪组合高阶误差系数分离测试得到的az1,xi、az1,yi、az1,zi、ay1,xj、ay1,yj、ay1,zj、ax1,xk、ax1,yk、ax1,zk、az2,xp、az2,yp、az2,zp、ay2,xq、ay2,yq、ay2,zq、ax2,xr、ax2,yr、ax2,zr、εz1,xi、εz1,yi、εz1,zi、εy1,xj、εy1,yj、εy1,zj、εx1,xk、εx1,yk、εx1,zk、εz2,xp、εz2,yp、εz2,zp、εy2,xq、εy2,yq、εy2,zq、εx2,xr、εx2,yr和εx2,zr，代入陀螺仪组合误差模型中，分离出如下误差系数：D0x、D1x、D2x、D3x、D4x、D5x、D6x、D7x、D8x、D9x、D0y、D0z、D1y、D2y、D3y、D4y、D5y、D6y、D7y、D8y、D9y、D1z、D2z、D3z、D4z、D5z、D6z、D7z、D8z、D9z。
优选的，分离出的各误差系数的最终表达式如下：
/>
/>
/>
步骤104，根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，进而实现对惯性导航陀螺仪测量误差的补偿。
在本实施例中，实时采集陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的测量输出Dx、Dy和Dz；通过与陀螺仪组合配套的加速度计组合测量得到对应时刻的视加速度ax、ay和az；根据分离出的D0x、D1x、D2x、D3x、D4x、D5x、D6x、D7x、D8x、D9x、D0y、D0z、D1y、D2y、D3y、D4y、D5y、D6y、D7y、D8y、D9y、D1z、D2z、D3z、D4z、D5z、D6z、D7z、D8z、D9z，测量得到的ax、ay和az，通过补偿公式，对Dx、Dy和Dz进行误差补偿，得到一组补偿后的测量值D′x、D′y和D′z：
在上述实施例的基础上，下面结合一个具体优选实例进行说明。
(1)设离心机的臂长2R＝6m，加速度计组合放置在离心机的反转平台上，如图2所示。
设陀螺仪组合的误差系数的真值为：
D0x＝1×10-3°/h、D0y＝1×10-3°/h、D0z＝1×10-3°/h、D1x＝1×10-3°/h/g、D2x＝1×10-3°/h/g、D3x＝1×10-3°/h/g、D1y＝1×10-3°/h/g、D2y＝1×10-3°/h/g、D3y＝1×10-3°/h/g、D1z＝1×10-3°/h/g、D2z＝1×10-3°/h/g、D3z＝1×10-3°/h/g、D4x＝1×10-3°/h/g2、D5x＝1×10-3°/h/g2、D6x＝1×10-3°/h/g2、D4y＝1×10-3°/h/g2、D5y＝1×10-3°/h/g2、D6y＝1×10-3°/h/g2、D4z＝1×10-3°/h/g2、D5z＝1×10-3°/h/g2、D6z＝1×10-3°/h/g2、D7x＝1×10-3°/h/g2、D8x＝1×10-3°/h/g2、D9x＝1×10-3°/h/g2、D7y＝1×10-3°/h/g2、D8y＝1×10-3°/h/g2、D9y＝1×10-3°/h/g2、D7z＝1×10-3°/h/g2、D8z＝1×10-3°/h/g2、D9z＝1×10-3°/h/g2。
六次激励的过载曲线如图3所示，每个圆圈代表一次激励，6次激励分布在两个球面，其中前3次激励分布在内部较小的球面，后3次激励分布在外部较大的球面。
(2)第一次和第四次激励
第一次和第四次激励时，陀螺仪组合的Ozb朝天，此时，离心机基座坐标系(Oxeyeze)、杆臂坐标系(Oxpypzp)、反转平台坐标系(Oxqyqzq)和陀螺仪组合坐标系(Oxbybzb)在水平面内之间的关系如图4所示。
第一次激励过程初始时刻T1＝69.5s，Qxb轴与离心机杆臂平行指向外方向；此时，离心机平稳转动时的转速ω1＝240°/s，在旋转周期[T1，T1+2π/ω1]内的陀螺仪组合输出漂移值εz1,x、εz1,y和εz1,z如图5所示。
第四次激励过程初始时刻T4＝122.0s，Qxb轴与离心机杆臂平行指向外方向；此时，离心机平稳转动时的转速ω2＝360°/s，在旋转周期[T4，T4+2π/ω2]内的陀螺仪组合输出漂移值εz2,x、εz2,y和εz2,z如图6所示。
(2)第二次和第五次激励
第二次和第五次激励时，陀螺仪组合的Oyb朝天，此时，离心机基座坐标系(Oxeyeze)、杆臂坐标系(Oxpypzp)、反转平台坐标系(Oxqyqzq)和陀螺仪组合坐标系(Oxbybzb)在水平面内之间的关系如图7所示。
第二次激励过程初始时刻T2＝69.5s，Qzb轴与离心机杆臂平行指向外方向；此时，离心机平稳转动时的转速ω1＝240°/s，在旋转周期[T2，T2+2π/ω1]内的陀螺仪组合输出漂移值εy1,x、εy1,y和εy1,z如图8所示。
第五次激励过程初始时刻T5＝122.0s，Qyb轴与离心机杆臂平行指向外方向；此时，离心机平稳转动时的转速ω2＝360°/s，在旋转周期[T5，T5+2π/ω2]内的陀螺仪组合输出漂移值εy2,x、εy2,y和εy2,z如图9所示。
(3)第三次和第六次激励
第三次和第六次激励时，加速度计组合的Oxb朝天，此时，离心机基座坐标系(Oxeyeze)、杆臂坐标系(Oxpypzp)、反转平台坐标系(Oxqyqzq)和加速度计组合坐标系(Oxbybzb)在水平面内之间的关系如图10所示。
第三次激励过程初始时刻T3＝69.5s，Qyb轴与离心机杆臂平行指向外方向；此时，离心机平稳转动时的转速ω3＝240°/s，在旋转周期[T3，T3+2π/ω3]内的加速度计组合的输出值εx1,x、εx1,y和εx1,z如图11所示。
第六次激励过程初始时刻T6＝122.0s，Qyb轴与离心机杆臂平行指向外方向；此时，离心机平稳转动时的转速ω2＝360°/s，在旋转周期[T6，T6+2π/ω2]内的陀螺仪组合输出漂移值εx2,x、εx2,y和εx2,z如图12所示。
(4)高阶误差标定
利用上述六次激励的测量误差以及本发明的各项系数表达式，可求得陀螺仪组合误差系数的估计值为：
D0x＝1.00074×10-3°/h、D0y＝1.00074×10-3°/h、D0z＝1.00074×10-3°/h、D1x＝0.99998×10-3°/h/g、D2x＝0.99998×10-3°/h/g、D3x＝0.99998×10-3°/h/g、D1y＝0.99998×10-3°/h/g、D2y＝0.99998×10-3°/h/g、D3y＝0.99998×10-3°/h/g、D1z＝0.99998×10-3°/h/g、D2z＝0.99998×10-3°/h/g、D3z＝0.99998×10-3°/h/g、D4x＝1.00001×10-3°/h/g2、D5x＝1.00001×10-3°/h/g2、D6x＝1.00002×10-3°/h/g2、D4y＝1.00001×10-3°/h/g2、D5y＝1.00001×10-3°/h/g2、D6y＝1.00002×10-3°/h/g2、D4z＝1.00001×10-3°/h/g2、D5z＝1.00001×10-3°/h/g2、D6z＝1.00002×10-3°/h/g2、D7x＝0.99997×10-3°/h/g2、D8x＝0.99997×10-3°/h/g2、D9x＝0.99997×10-3°/h/g2、D7y＝0.99997×10-3°/h/g2、D8y＝0.99997×10-3°/h/g2、D9y＝0.99997×10-3°/h/g2、D7z＝0.99997×10-3°/h/g2、D8z＝0.99997×10-3°/h/g2、D9z＝0.99997×10-3°/h/g2。
上述实施例可以验证本发明的基于离心机大过载激励的陀螺仪组合高阶误差分离方法的正确性。
在上述实施例的基础上，本发明还公开了陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿系统，包括：建立模块，用于建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统；测试模块，用于基于建立的陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，进行陀螺仪组合高阶误差系数分离测试，得到测试结果；分离模块，用于根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数；补偿模块，用于根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，进而实现对惯性导航陀螺仪测量误差的补偿。
对于系统实施例而言，由于其与方法实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法，其特征在于，包括：
建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统；
基于建立的陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，进行陀螺仪组合高阶误差系数分离测试，得到测试结果；
根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数；
根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，进而实现对惯性导航陀螺仪测量误差的补偿；
其中：
基于建立的陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，进行陀螺仪组合高阶误差系数分离测试，得到测试结果，包括：
将陀螺仪组合(3)安装在反转平台(4)上；控制基座(1)以角速度ω带动离心机杆臂(2)转动，形成向心加速度，作为装在反转平台(4)上的陀螺仪组合(3)的激励，共激励六次；其中，第一至三次激励过程中，基座(1)的转速为ω1；第四至六次激励过程中，基座(1)的转速为ω2；ω2>ω1；
获取第一次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值az1,xi、az1,yi和az1,zi，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在陀螺仪组合坐标系的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εz1,xi、εz1,yi和εz1,zi；其中，i＝1,2,…,n1，
获取第二次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ay1,xj、ay1,yj和ay1,zj，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在陀螺仪组合坐标系的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εy1,xj、εy1,yj和εy1,zj；其中，j＝1,2,…,n1；
获取第三次激励时，采样时间ΔT内，n1组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ax1,xk、ax1,yk和ax1,zk，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在陀螺仪组合坐标系的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εx1,xk、εx1,yk和εx1,zk；其中，k＝1,2,…,n1；
获取第四次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值az2,xp、az2,yp和az2,zp，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在陀螺仪组合坐标系的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εz2,xp、εz2,yp和εz2,zp；其中，p＝1,2,…,n2，
获取第五次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ay2,xq、ay2,yq和ay2,zq，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在陀螺仪组合坐标系的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εy2,xq、εy2,yq和εy2,zq；其中，q＝1,2,…,n2；
获取第六次激励时，采样时间ΔT内，n2组离心机向心加速度与重力加速度在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的分量计算值ax2,xr、ax2,yr和ax2,zr，以及对应时刻扣除地球转速影响后的陀螺仪组合在陀螺仪组合坐标系的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的输出漂移值εx2,xr、εx2,yr和εx2,zr；其中，r＝1,2,…,n2；
陀螺仪组合误差模型表示如下：
其中，εx、εy、εz分别表示陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的测量输出漂移量；D0x、D0y、D0z分别表示陀螺仪组合中Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴陀螺仪的零次项漂移；D1x、D2x、D3x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D1y、D2y、D3y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D1z、D2z、D3z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的一次项误差系数；D4x、D5x、D6x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D4y、D5y、D6y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D4z、D5z、D6z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的二次项误差系数；D7x、D8x、D9x表示陀螺仪组合中Qxb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；D7y、D8y、D9y表示陀螺仪组合中Qyb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；D7z、D8z、D9z表示陀螺仪组合中Qzb轴陀螺仪与过载相关的交叉耦合项误差系数；ax、ay和az分别表示与陀螺仪组合配套的加速度计组合测量得到的对应时刻的Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的理论视加速度；
根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数，包括：
将通过陀螺仪组合高阶误差系数分离测试得到的az1,xi、az1,yi、az1,zi、ay1,xj、ay1,yj、ay1,zj、ax1,xk、ax1,yk、ax1,zk、az2,xp、az2,yp、az2,zp、ay2,xq、ay2,yq、ay2,zq、ax2,xr、ax2,yr、ax2,zr、εz1,xi、εz1,yi、εz1,zi、εy1,xj、εy1,yj、εy1,zj、εx1,xk、εx1,yk、εx1,zk、εz2,xp、εz2,yp、εz2,zp、εy2,xq、εy2,yq、εy2,zq、εx2,xr、εx2,yr和εx2,zr，代入陀螺仪组合误差模型中，分离出如下误差系数：D0x、D1x、D2x、D3x、D4x、D5x、D6x、D7x、D8x、D9x、D0y、D0z、D1y、D2y、D3y、D4y、D5y、D6y、D7y、D8y、D9y、D1z、D2z、D3z、D4z、D5z、D6z、D7z、D8z、D9z。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法，其特征在于，建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，包括：
将离心机杆臂(2)安装在基座(1)上，将反转平台(4)安装在离心机杆臂(2)的一端，将配重(5)安装在离心机杆臂(2)的另一端，构建得到陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统；
离心机杆臂(2)与基座(1)的连接点为离心机杆臂(2)的中心；
配重(5)，用于平衡反转平台(4)和陀螺仪组合(3)的质量和。
3.根据权利要求1所述的陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法，其特征在于，
基座(1)的坐标系与东北天地理坐标系Oxeyeze重合；其中，Oxe轴指东、Oye轴指北、Oze轴指天，满足右手坐标系；
离心机杆臂(2)的坐标系为Oxpypzp；其中，Oxp轴与离心机杆臂(2)轴向重合并指向外、Oyp轴与离心机杆臂(2)垂直并处于水平面内、Ozp轴指天，满足右手坐标系；
反转平台(4)的坐标系为Oxqyqzq；其中，Oxq轴与Oyq轴处于水平面内、Ozq轴指天，满足右手坐标系；
陀螺仪组合(3)的坐标系为Oxbybzb；其中，Oxbybzb坐标系与Oxqyqzq坐标系的坐标轴方向相同。
4.根据权利要求3所述的陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法，其特征在于，
第一次激励时，设置陀螺仪组合的Qzb轴朝天，Qxb轴和Qyb轴处于水平面内；基座(1)以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT；
第二次激励时，设置陀螺仪组合的Qyb轴朝天，Qxb轴和Qzb轴处于水平面内；基座(1)以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT；
第三次激励时，设置陀螺仪组合的Qxb轴朝天，Qyb轴和Qzb轴处于水平面内；基座(1)以角速度ω1平稳运行一个采样时间ΔT；
第四次激励时，设置陀螺仪组合的Qzb轴朝天，Qxb轴和Qyb轴处于水平面内；基座(1)以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT；
第五次激励时，设置陀螺仪组合的Qyb轴朝天，Qxb轴和Qzb轴处于水平面内；基座(1)以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT；
第六次激励时，设置陀螺仪组合的Qxb轴朝天，Qyb轴和Qzb轴处于水平面内；基座(1)以角速度ω2平稳运行一个采样时间ΔT。
5.根据权利要求3所述的陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法，其特征在于，
az1,xi、az1,yi和az1,zi的解算公式如下：
ay1,xj、ay1,yj和ay1,zj的解算公式如下：
ax1,xk、ax1,yk和ax1,zk的解算公式如下：
az2,xp、az2,yp和az2,zp的解算公式如下：
ay2,xq、ay2,yq和ay2,zq的解算公式如下：
ax2,xr、ax2,yr和ax2,zr的解算公式如下：
其中，R表示反转平台(4)距离离心机杆臂(2)中心的距离，g表示重力加速度。
6.根据权利要求1所述的陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法，其特征在于，根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，包括：
实时采集陀螺仪组合在Qxb轴、Qyb轴和Qzb轴的测量输出Dx、Dy和Dz；
通过与陀螺仪组合配套的加速度计组合测量得到对应时刻的视加速度ax、ay和az；
根据分离出的D0x、D1x、D2x、D3x、D4x、D5x、D6x、D7x、D8x、D9x、D0y、D0z、D1y、D2y、D3y、D4y、D5y、D6y、D7y、D8y、D9y、D1z、D2z、D3z、D4z、D5z、D6z、D7z、D8z、D9z，测量得到的ax、ay和az，通过补偿公式，对Dx、Dy和Dz进行误差补偿，得到一组补偿后的测量值D′x、D′y和D′z：
7.一种用于权利要求1所述的陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿方法的陀螺仪组合高阶误差系数分离与补偿系统，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统；
测试模块，用于基于建立的陀螺仪组合高阶误差系数分离测试系统，进行陀螺仪组合高阶误差系数分离测试，得到测试结果；
分离模块，用于根据测试结果，结合陀螺仪组合误差模型，分离出陀螺仪组合的各项误差系数；
补偿模块，用于根据分离出的陀螺仪组合的各项误差系数，对参与导航解算的陀螺仪组合误差进行修正，进而实现对惯性导航陀螺仪测量误差的补偿。
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