CN114088116B - 一种基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，步骤如下：在惯导系统的IMU台体及机箱上安装反射镜，并在惯导系统机箱外壳上开孔安装透明窗，使得光瞄仪器可以通过该窗口观测到IMU台体上的反射镜；将系统放置在水平台上，通过两台光瞄仪器同时观测惯导系统内外两块反射镜，根据观测值计算出惯导系统内减震器的形变量；采集此时减震器的温度，根据减震器形变与温度间的关系，拟合得到减震器形变温度模型；在惯导系统输出的姿态中，扣除减震器形变温度模型计算得到的补偿值，即对惯导系统内减震器形变进行了温度补偿。该方法完全满足工程应用的实际需求，对惯导在不同的环境温度条件下的性能研究与提高具有重要意义。

Description

一种基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法
技术领域
本发明涉及一种惯性技术领域中惯导系统内减震器形变及惯导系统姿态输出的补偿方法，适用于惯导系统误差分析补偿和系统应用，具体涉及一种基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法。
背景技术
惯性导航系统利用陀螺和加速度计测量自身相对惯性空间的角运动和线运动，并利用导航算法为载体提供实时的姿态、位置、速度等信息。惯导系统具有很高的自主性和隐蔽性，是飞机、轮船、潜艇等航空航天、航海和兵器领域运载体的基本导航设备。
减震器是惯导系统的一个重要部件。橡胶减震器由于其弹性系数可调，在交变应力下不易疲劳等特点，成为了惯导系统内减震器的首选。环境温度的变化是影响减震器形变的重要因素之一。IMU台体和系统框架之间减震器的形变，会导致IMU台体相对于系统框架发生转动，从而影响系统姿态输出精度。因此，需要对减震器的形变进行标定与补偿，提高惯导系统的姿态输出精度。
文中的重点是通过在惯导内IMU台体上和外部机壳上安装反射镜面，利用光学仪器的进行光瞄，根据光瞄读数计算出减震器的形变量，再对减震器形变量和温度进行曲线拟合，得到惯导系统内减震器的温度模型，最后根据减震器的温度模型对惯导系统输出的姿态进行补偿。
发明内容
本发明提出一种基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，有效提高了惯导系统的姿态输出精度。采用光学瞄准的方法，根据对惯导系统内IMU台体及外部壳体上镜面的准直结果，计算减震器的形变量。根据光瞄时的温度拟合减震器形变的温度模型，实现对减震器形变及惯导系统输出姿态的补偿。
本发明的技术解决方案：一种基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，步骤如下：
步骤(1)、在惯导系统的IMU台体及机箱外壳上安装反射镜，并在惯导系统的机箱外壳上开孔安装透明窗，使得光学瞄准仪器可以通过该窗口观测到IMU台体上的反射镜；
步骤(2)、通过两台光学瞄准仪器同时观测惯导系统内外两块反射镜，并根据观测值的变化量，计算出惯导系统内减震器的形变量；
步骤(3)、利用温度传感器采集此时减震器的温度，根据减震器形变与温度之间的关系，拟合得到减震器形变温度模型；
步骤(4)、将惯导系统输出的姿态中，扣除减震器形变温度模型计算得到的补偿值，即对惯导系统内减震器形变进行了温度补偿。
进一步的，步骤(1)中所述的惯导系统内部的IMU台体上和机箱外壳上均安装有反射镜，这两个镜面分别用于指示系统内IMU转动的角度和机壳转动的角度。同时，在惯导系统的机箱外壳上的合适位置开孔安装透明窗，使得能够从外部对系统内IMU台体上的镜面进行光学瞄准。
进一步的，步骤(2)中所述的减震器的形变量由两台光学瞄准仪器获得，利用两台光学瞄准仪器，测量系统IMU台体上和机箱外壳上两块镜面相对于初始位置的转动角度。
减震器的形变量由下式得到：
δψ＝Δα-Δβ (1)
其中，δψ表示减震器形变造成的偏角，Δα表示通过光学仪器测量出的内部镜面角度变化，Δβ表示同时测量出该段时间外部镜面的角度变化，由于两个反射镜之间只有减震器是可形变部分，所以Δβ和Δα的差值的变化量就是减震器的形变量。
进一步的，步骤(3)所述的减震器形变的温度模型采用曲线拟合的方式得到。在进行光学瞄准的同时采集减震器附近的温度，得到减震器形变对应的温度点，并由此建立减震器形变的温度模型。
进一步的，步骤(4)中根据光瞄法得到的减震器形变温度模型，根据减震器温度值，对减震器形变进行补偿，并根据减震器形变对惯导系统姿态的影响机理，对惯导系统输出的姿态进行补偿。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)、本发明采用光学瞄准的方法计算惯导系统内减震器的形变。根据光学仪器对惯导系统内外两侧反射镜的准直结果，通过简单计算即可得出减震器的形变量。
(2)、本发明采用光学瞄准的方法进行测量，惯导系统中的陀螺加速度计等器件的数据不参与测量，得到的结果不受惯性器件误差的影响，对惯性仪器的精度不做要求。
(3)、本发明采用光学瞄准的方法，测量所需时间短。操作人员只需要对两台光学仪器进行微调并读数即可迅速完成减震器的形变值的测量计算，期间惯导系统只需要保持固定的姿态，不需要进行对准导航等其他解算过程。
(4)、本发明建立了惯导系统内减震器形变的温度模型。减震器的形变受到环境温度的影响，通过在不同温度下进行光学瞄准，得到惯导系统内减震器的温度模型。
(5)、本发明在惯导系统输出姿态时，进行了对减震器形变的补偿。根据惯导系统内减震器的温度模型，对减震器的形变量和由其引起的系统姿态误差进行补偿，从而提高系统姿态输出的精度。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明光瞄法测量减震器形变的示意图；
图3为光瞄法内外侧镜面的光学准直结果；
图4为惯导系统内减震器形变温度曲线。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，详细介绍本发明方法。
实施例1
如图1所示，本发明是一种基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，其步骤如下：
(1)、将某型号惯导系统固定在水平静止平台上，该惯导系统的IMU台体及机箱外壳上安装反射镜，并在惯导系统的机箱外壳上开孔安装透明窗，使得光瞄仪器可以通过该窗口观测到IMU台体上的反射镜。
(2)通过两台光瞄仪器同时观测惯导系统内外两块反射镜，如图2所示，是光瞄法测量减震器形变的示意图。分别通过两台光学仪器测量系统IMU台体上和壳体上两块镜面相对于初始位置的转动角度。
减震器的形变量由下式得到：
δψ＝Δα-Δβ (1)
其中，δψ表示减震器形变造成的偏角，Δα表示通过光学仪器测量出的内部镜面角度变化，Δβ表示同时测量出该段时间外部镜面的角度变化，由于两个棱镜之间只有减震器是可形变部分，所以Δβ和Δα的差值的变化量就是减震器的形变量。
(3)在光学瞄准的同时，采集惯导系统减震器附近的温度数据并记录，该温度即是减震器形变时对应的减震器温度。对于多组减震器采用多个温度采样点的平均值作为温度数据。
(4)将系统自然升温一段时间(例如10分钟)后，重复(2)和(3)直至温度稳定。根据(2)中的光学准直结果和(3)中采集到的温度数据，形成如图3所示的准直结果-温度曲线。
(5)根据式(1)由准直结果计算出惯导系统内减震器的形变量。形成一组如图4所示的减震器形变温度曲线，得到惯导系统内减震器的温度模型。依据上述建立的惯导系统内减震器温度模型，根据减震器温度实时补偿惯导系统输出的姿态。
实施例2
利用本发明对某惯导系统进行多次对准实验，表1为补偿减震器形变前后惯导系统输出航向的精度变化情况。可以看出，经过本发明补偿惯导系统内减震器形变之后，惯导系统输出的航向角精度提升了10％以上。
表1本发明的实验验证效果(＂)
本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)、在惯导系统的IMU台体及机箱外壳上安装反射镜，并在惯导系统的机箱外壳上开孔安装透明窗，使得光瞄仪器可以通过该窗口观测到IMU台体上的反射镜；
步骤(2)、通过两台光学瞄准瞄仪器同时观测惯导系统内外两块反射镜，并根据观测值的变化量，计算出惯导系统内减震器的形变量；
步骤(3)、利用温度传感器采集此时减震器的温度，根据减震器形变与温度之间的关系，拟合得到减震器形变温度模型；
步骤(4)、将惯导系统输出的姿态中，扣除减震器形变温度模型计算得到的补偿值，即对惯导系统内减震器形变进行了温度补偿。
2.根据权利要求1所述的基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，其特征在于，步骤(1)中所述的惯导系统内部的IMU台体上和机箱外壳上均安装有反射镜，这两个镜面分别用于指示系统内IMU转动的角度和机箱外壳转动的角度，同时，在惯导系统的机箱外壳上的合适位置开孔安装透明窗，使得能够从外部对系统内IMU台体上的镜面进行光学瞄准。
3.根据权利要求1所述的基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，其特征在于，步骤(2)中所述的减震器的形变量由两台光学瞄准仪器获得，利用两台光学瞄准仪器，测量系统IMU台体上和机箱外壳上两块镜面相对于初始位置的转动角度，减震器的形变量由下式得到：
δψ＝Δα-Δβ (1)
其中，δψ表示减震器形变造成的偏角，Δα表示通过光学瞄准仪器测量出的内部镜面角度变化，Δβ表示同时测量出该段时间外部镜面的角度变化，由于两个反射镜之间只有减震器是可形变部分，所以Δβ和Δα的差值的变化量就是减震器的形变量。
4.根据权利要求1所述的基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，其特征在于，步骤(3)所述的减震器形变的温度模型采用曲线拟合的方式得到，在进行光学瞄准的同时采集减震器附近的温度，得到减震器形变对应的温度点，并由此建立减震器形变的温度模型。
5.根据权利要求1所述的基于光瞄法的惯导系统内减震器形变补偿方法，其特征在于，步骤(4)中根据光瞄法得到的减震器形变温度模型，根据减震器温度值，对减震器形变进行补偿，并根据减震器形变对惯导系统姿态的影响机理，对惯导系统输出的姿态进行补偿。
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