CN114353828B - 一种激光捷联惯组标定测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及标定测试技术领域，公开了一种激光捷联惯组标定测试装置及测试方法，测试装置包括：控制箱、上位机、以及测试电缆，测试模块包括19位置标定模块，19位置标定模块用于对准待测惯组，并计算待测惯组的每个位置捷联矩阵，导航解算每个位置地理系下线速度和天向转动角速度，解算每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量，根据每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量解算待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准误差，修正待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准方位角，并根据修正结果输出惯性测量单元参数，使用方便，且降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及标定测试技术领域，尤其涉及一种激光捷联惯组标定测试装置及测试方法。
背景技术
对于一些类型的激光捷联惯性测量组合(简称惯组)产品在批量生产过程中，需要频繁进行标定测试，传统的标定方法要求有专业的标定设备，如高精度三轴或双轴转台，高精度大理石平板，高精度引北装置等，设备复杂，标定效率低下，成本高昂，且需固定的测试场地，在一些特殊的试验环境，如外场试验，普通户外等不具备标定条件的环境下，无法对产品进行标定测试，因此，需要研制一种低成本，便于携带，不需要高精度转台及大理石平板，不依赖固定场地，但仍能够对惯组进行标定测试的装置。
发明内容
本发明提供了一种激光捷联惯组标定测试装置及测试方法，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种激光捷联惯组标定测试装置，包括：控制箱、上位机、以及测试电缆，所述测试电缆的一端与所述控制箱连接，所述测试电缆的另一端与所述上位机连接，所述上位机内设置有测试模块；
所述测试模块包括19位置标定模块，所述19位置标定模块用于对准待测惯组，并计算待测惯组的每个位置捷联矩阵，导航解算每个位置地理系下线速度和天向转动角速度，解算每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量，根据每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量解算待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准误差，修正待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准方位角，并根据修正结果输出惯性测量单元参数。
可选地，所述控制箱包括电源开关、电源熔断器、第一电源滤波器、电源转换模块、第二电源滤波器、第三电源滤波器以及数据采集板，所述电源熔断器的一端与所述电源开关连接，所述电源熔断器的另一端与所述第一电源滤波器的一端连接，所述电源转换模块的一端与所述第一电源滤波器的另一端连接，所述电源转换模块的另一端分别与所述第二电源滤波器的一端和所述第三电源滤波器的一端连接，所述第二电源滤波器的另一端与所述数据采集板的一端连接，所述数据采集板的另一端与所述上位机连接，所述第三电源滤波器的另一端通过电缆与待测惯组连接。
可选地，所述电源转换模块包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述第二电源滤波器连接，且所述第一输出端输出正5伏电压，所述第二输出端与所述第三电源滤波器连接，且所述第二输出端输出正28伏电压。
可选地，所述数据采集板设有RS485接口，所述数据采集板以2Mbps波特率与待测惯组通讯。
可选地，所述测试电缆包括第一测试电缆和第二测试电缆，所述控制箱通过所述第一测试电缆与待测惯组连接，所述控制箱通过所述第二测试电缆与所述上位机连接。
第二方面，本申请还提供一种激光捷联惯组标定测试方法，应用于如第一方面所述的激光捷联惯组标定测试装置，所述方法包括：
采用19位置标定模块对准待测惯组；
19位置标定模块计算待测惯组的每个位置捷联矩阵，导航解算每个位置地理系下线速度和天向转动角速度，解算每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量，根据每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量解算待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准误差，修正待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准方位角，并根据修正结果输出惯性测量单元参数。
有益效果：
本发明提供的激光捷联惯组标定测试装置，通过19位置标定模块完成整个19位置数据采集，实现测量参数的目的，不需要高精度转台，使用方便，且降低了成本。
附图说明
图1为本发明优选实施例的激光捷联惯组标定测试装置的工作流程示意图；
图2为本发明优选实施例的激光捷联惯组标定测试装置的模块示意图；
图3为本发明优选实施例的控制箱的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
应理解，本申请提供的一种激光捷联惯组标定测试装置，可以应用于惯组批量生产时的标定测试，或满足某些特殊场合(如外场试验)对惯组的标定测试需求。
请参见图1-图2，本申请实施例提供一种激光捷联惯组标定测试装置，包括：控制箱、上位机、以及测试电缆，测试电缆的一端与控制箱连接，测试电缆的另一端与上位机连接，上位机内设置有测试模块；
测试模块包括19位置标定模块，19位置标定模块用于对准待测惯组，并计算待测惯组的每个位置捷联矩阵，导航解算每个位置地理系下线速度和天向转动角速度，解算每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量，根据每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量解算待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准误差，修正待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准方位角，并根据修正结果输出惯性测量单元参数。
本实施例中，在实际使用时，首先连接好控制箱、惯组及上位机，惯组放置在表1的第一个位置；打开控制箱后面板上220V电源开关，打开前面板5V电源开关，启动计算机，点击XXX激光捷联惯组标定测试软件V1.00版，进行软件登陆设置，设置好后点击“确定”按钮；打开控制箱前面板28V电源开关，电源输出，惯组进行加电工作；进入测试软件19位置标定测试界面，点击“标定开始”按钮，软件进行数据采集，每200S完成一个位置采集，然后手动转动惯组在相应下一位置进行标定，整个19位置数据采集位置按表1进行，直至完成整个19位置数据采集；标定完成后，软件自动保存标定数据在固定目录下，整个标定时间不超过70min。
上述的激光捷联惯组标定测试装置，通过19位置标定模块完成整个19位置数据采集，实现测量参数的目的，不需要高精度转台，使用方便，且降低了成本。
在一示例中，测试模块还包括棱镜标定模块、速率标定模块、位置标定模块、参数下载模块以及数据管理模块，可对标定数据进行计算，生成标定参数，并可完成标定参数下载，可进行棱镜、速率标定、位置标定，并对标定数据进行管理。
可选地，如图3所示，控制箱包括电源开关、电源熔断器、第一电源滤波器、电源转换模块、第二电源滤波器、第三电源滤波器以及数据采集板，电源熔断器的一端与电源开关连接，电源熔断器的另一端与第一电源滤波器的一端连接，电源转换模块的一端与第一电源滤波器的另一端连接，电源转换模块的另一端分别与第二电源滤波器的一端和第三电源滤波器的一端连接，第二电源滤波器的另一端与数据采集板的一端连接，数据采集板的另一端与上位机连接，第三电源滤波器的另一端通过电缆与待测惯组连接。
可选地，电源转换模块包括第一输出端和第二输出端，第一输出端与第二电源滤波器连接，且第一输出端输出正5伏电压，第二输出端与第三电源滤波器连接，且第二输出端输出正28伏电压。
可选地，数据采集板设有RS485接口，数据采集板以2Mbps波特率与待测惯组通讯。
可选地，测试电缆包括第一测试电缆和第二测试电缆，控制箱通过第一测试电缆与待测惯组连接，控制箱通过第二测试电缆与上位机连接。
在本实施例中，控制箱采用交流220V市电供电，由电源转换模块实现AC/DC变换后输出直流28V电源与5V电源，28V给惯组供电，5V电源给数据采集板供电。数据采集板隔离一路5V电源用于RS485通讯。数据采集板电路采集惯组的输出，利用同步RS485接口，以2Mbps波特率与惯组通讯，数据经过电平转换后，在DSP里组帧，通过USB接口电路发送给上位机。其内部组成如图2所示。
在一示例中，与转台对比验证试验：将高精度惯组在三轴转台上进行标定测试，和在本装置上进行标定测试，对比两种标定测试结果，试验结果见表1，从表1可以看出，本装置对惯组的标定结果与惯组在高精度转台上进行的标定测试结果基本一致，标定结果完全满足惯组的标定测试要求。
表1激光捷联惯组标定测试装置与转台校准装置对惯组测试对比
| 参数 | 单位 | 便携装置 | 高精度转台 | 对比结果 |
| K0x | g | 6.42×10－4 | 6.34×10－4 | 8.00×10－6 |
| K0y | g | -6.56×10－4 | -6.62×10－4 | 6.00×10－6 |
| K0z | g | 3.26×10－4 | 3.41×10－4 | -1.50×10－5 |
| K1x | ^/g.s | 16773.39 | 16773.60 | -1.252×10－5 |
| K1y | ^/g.s | 35514.74 | 35515.30 | -1.5768×10－5 |
| K1z | ^/g.s | 34744.06 | 34744.60 | -1.5542×10－5 |
| K2x | 1/g | 2.00×10－6 | 1.1782×10－5 | -9.782×10－6 |
| K2y | 1/g | -3.00×10－6 | 3.9011×10－6 | -6.901×10－6 |
| K2z | 1/g | 3.20×10－5 | -5.3935×10－5 | 8.5935×10－5 |
| E1x | ^/rad | 0.593249 | 0.593255 | -1.0114×10－5 |
| E1y | ^/rad | 0.593135 | 0.5931418 | -1.1465×10－5 |
| E1z | ^/rad | 0.593364 | 0.5933682 | -7.0783×10－6 |
| D0x | °/h | -0.020456 | -0.010535 | -0.0099 |
| D0y | °/h | -0.019826 | 0.003512 | -0.0233 |
| D0z | °/h | 0.201727 | 0.19662 | 0.0051 |
手动翻滚验证试验：为进一步验证本装置对位置翻滚精度要求不高的特点，开展本项试验。试验时，为模拟低精度位置翻滚，在每个位置都故意偏离±1到±5度。具体稳测结果见表2。
表2手动翻滚验证试验稳测结果
| 参数 | 单位 | 第一次 | 第二次 | 第三次 | 第四次 | 第五次 | 稳定性(1σ) |
| K0x | g | 6.52×10－4 | 6.54×10－4 | 6.23×10－4 | 6.48×10－4 | 6.42×10－4 | 1.2498×10－5 |
| K0y | g | -6.60×10－4 | -6.57×10－4 | -6.72×10－4 | -6.58×10－4 | -6.56×10－4 | 6.5422×10－6 |
| K0z | g | 3.24×10－4 | 3.20×10－4 | 3.24×10－4 | 3.24×10－4 | 3.26×10－4 | 2.1909×10－6 |
| K1x | ^/g.s | 16773.37 | 16773.30 | 16772.76 | 16773.34 | 16773.39 | 1.5971×10－5 |
| K1y | ^/g.s | 35514.71 | 35514.59 | 35513.19 | 35514.56 | 35514.74 | 1.8515×10－5 |
| K1z | ^/g.s | 34744.09 | 34744.04 | 34744.12 | 34744.09 | 34744.06 | 9.4785×10－7 |
| K2x | rad | 4.00×10－6 | 5.3594×10－6 | 7.00×10－6 | 2.00×10－6 | 2.00×10－6 | 2.1692×10－6 |
| K2y | rad | -3.00×10－6 | -9.466×10－8 | -1.80×10－5 | -3.00×10－6 | -3.00×10－6 | 7.1446×10－6 |
| K2z | rad | 3.20×10－5 | -2.718×10－5 | 3.70×10－5 | 3.80×10－5 | 3.20×10－5 | 2.7834×10－5 |
| E1x | ^/rad | 0.5932460 | 0.5932440 | 0.5932480 | 0.5932470 | 0.5932490 | 3.2423×10－6 |
| E1y | ^/rad | 0.5931330 | 0.5931340 | 0.5931340 | 0.5931340 | 0.5931350 | 1.1921×10－6 |
| E1z | ^/rad | 0.5933620 | 0.5933610 | 0.5933620 | 0.5933600 | 0.5933640 | 2.4997×10－6 |
| D0x | °/h | -9.36×10－3 | -2.2512×10－2 | -2.6891×10－2 | -2.463×10－3 | -2.0456×10－2 | 1.0095×10－2 |
| D0y | °/h | -2.615×10－2 | -2.419×10－2 | -2.6408×10－2 | -5.90×10－3 | -1.9826×10－2 | 8.5753×10－3 |
| D0z | °/h | 1.9686×10－1 | 1.99542×10－1 | 1.97842×10－1 | 2.02886×10－1 | 2.01727×10－1 | 2.5385×10－3 |
由表2可知，惯组安装在简易工装上，手动翻动惯组进行位置标定，在每个位置都故意偏离±1到±5度的情况下，稳测结果完全满足惯组自身精度指标要求。
综上，本申请的激光捷联惯组标定测试装置，提高了生产效率，实现了惯组的安装过程不需要像传统方式那样使用高精度大理石平板，不需要使用经纬仪对惯组进行瞄准测试其安装误差，可多场地布局，快速进行标定测试，与传统标定方式相比，生产效率提高了200％以上；且，本装置结构简易，携带方便，不使用传统三轴转台与笨重的大理石平板，无须固定场地，使用简易平板，可随时随地移动，适用于各种对惯组产品有标定需求的特定场合。经过简单的接口改造后，即可应用与多种型号惯组的标定测试。
本申请还提供一种激光捷联惯组标定测试方法，应用于如上所述的激光捷联惯组标定测试装置，所述方法包括：
采用19位置标定模块对准待测惯组；
19位置标定模块计算待测惯组的每个位置捷联矩阵，导航解算每个位置地理系下线速度和天向转动角速度，解算每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量，根据每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量解算待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准误差，修正待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准方位角，并根据修正结果输出惯性测量单元参数。
上述的激光捷联惯组标定测试方法能实现上述的激光捷联惯组标定测试装置的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种激光捷联惯组标定测试装置，其特征在于，包括：控制箱、上位机、以及测试电缆，所述测试电缆的一端与所述控制箱连接，所述测试电缆的另一端与所述上位机连接，所述上位机内设置有测试模块；
所述测试模块包括19位置标定模块，所述19位置标定模块用于对准待测惯组，并计算待测惯组的每个位置捷联矩阵，导航解算每个位置地理系下线速度和天向转动角速度，解算每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量，根据每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量解算待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准误差，修正待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准方位角，并根据修正结果输出惯性测量单元参数。
2.根据权利要求1所述的激光捷联惯组标定测试装置，其特征在于，所述控制箱包括电源开关、电源熔断器、第一电源滤波器、电源转换模块、第二电源滤波器、第三电源滤波器以及数据采集板，所述电源熔断器的一端与所述电源开关连接，所述电源熔断器的另一端与所述第一电源滤波器的一端连接，所述电源转换模块的一端与所述第一电源滤波器的另一端连接，所述电源转换模块的另一端分别与所述第二电源滤波器的一端和所述第三电源滤波器的一端连接，所述第二电源滤波器的另一端与所述数据采集板的一端连接，所述数据采集板的另一端与所述上位机连接，所述第三电源滤波器的另一端通过电缆与待测惯组连接。
3.根据权利要求2所述的激光捷联惯组标定测试装置，其特征在于，所述电源转换模块包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述第二电源滤波器连接，且所述第一输出端输出正5伏电压，所述第二输出端与所述第三电源滤波器连接，且所述第二输出端输出正28伏电压。
4.根据权利要求2所述的激光捷联惯组标定测试装置，其特征在于，所述数据采集板设有RS485接口，所述数据采集板以2Mbps波特率与待测惯组通讯。
5.根据权利要求1所述的激光捷联惯组标定测试装置，其特征在于，所述测试电缆包括第一测试电缆和第二测试电缆，所述控制箱通过所述第一测试电缆与待测惯组连接，所述控制箱通过所述第二测试电缆与所述上位机连接。
6.一种激光捷联惯组标定测试方法，应用于如权利要求1-5中任一项所述的激光捷联惯组标定测试装置，其特征在于，所述方法包括：
采用19位置标定模块对准待测惯组；
19位置标定模块计算待测惯组的每个位置捷联矩阵，导航解算每个位置地理系下线速度和天向转动角速度，解算每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量，根据每个位置未补偿的陀螺常值漂移和加速度计误差在地理系下的分量解算待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准误差，修正待测惯组的加速度计和陀螺参数误差、以及惯性测量单元对准方位角，并根据修正结果输出惯性测量单元参数。
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