CN114964223B - 一种微惯导系统测量误差补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微惯导系统测量误差补偿方法，所述方法包括：将微惯导系统的工作温度范围分为m个温度段；根据微惯导系统的角速率量程选取n个角速率测量点；获取每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值；获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差；对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数；获取微惯导系统的当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数，并根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。本发明能够解决现有技术中微惯导系统在大量程角速率范围下的陀螺测量精度较低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及高速旋转的制导炮弹用微惯导系统技术领域，尤其涉及一种微惯导系统测量误差补偿方法。
背景技术
微惯导系统具有体积小、重量轻、自主性强、隐蔽性好等特点，在制导炮弹领域有着广阔的应用前景。
制导炮弹在飞行过程中会同时存在高速旋转运动，即一边前进一边绕其弹体纵轴旋转，可以通过高速旋转所产生的陀螺效应获得一定的稳定性。由于弹体飞行过程中高速旋转，转速通常能够达到4000°/s以上，对于微惯导系统而言，陀螺测量范围必须覆盖弹体转速，否则难以实现弹体姿态的高精度测量。
目前，传统的误差补偿方法主要针对低转速范围内的角速率输出进行补偿，在大量程角速率范围内，陀螺测量精度会明显下降，特别是旋转轴标度因数误差会对微惯导系统测量精度产生至关重要的影响。
发明内容
本发明提供了一种微惯导系统测量误差补偿方法，能够解决现有技术中微惯导系统在大量程角速率范围下的陀螺测量精度较低的技术问题。
根据本发明的一方面，提供了一种微惯导系统测量误差补偿方法，所述方法包括：
将微惯导系统的工作温度范围分为m个温度段；
根据微惯导系统的角速率量程选取n个角速率测量点；
在每个温度段的起始温度点分别对各个角速率测量点进行多次采集，并获取每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值；
根据每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值和每个角速率测量点对应的转台的角速率基准获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差；
对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数；
获取微惯导系统的当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数，并根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。
优选的，对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数包括：
根据每个角速率测量点对应的转台的角速率基准构建拟合基准矩阵；
根据每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差构建每个温度段对应的拟合误差矩阵；
根据拟合基准矩阵和每个温度段对应的拟合误差矩阵，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数。
优选的，通过下式构建拟合基准矩阵：
通过下式构建每个温度段对应的拟合误差矩阵：
通过下式得到每个温度段对应的标度因数拟合参数：
dPara＝dMathRes·dErr；
式中，dMathRes为拟合基准矩阵，ωrf1、ωrf2、...、ωrfn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点对应的转台的角速率基准，dErr为当前温度段对应的拟合误差矩阵，Sgx1、Sgx2、...、Sgxn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点的标度因数误差，dPara为当前温度段对应的标度因数拟合参数。
优选的，获取微惯导系统的当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数，并根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率包括：
根据当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数和微惯导系统测量的角速率获取微惯导系统的角速率测量误差；
根据微惯导系统的角速率测量误差对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。
优选的，通过下式获取微惯导系统的角速率测量误差：
Δωgx＝ωgx·p1+p0；
式中，Δωgx为微惯导系统的角速率测量误差，ωgx为角速率测量点的角速率测量均值，p1为标度因数拟合参数的一次项系数，p0为标度因数拟合参数的常数项系数。
优选的，通过下式得到补偿后的角速率：
ω′gx＝ωgx·(1-Δωgx)；
式中，ω′gx为补偿后的角速率。
优选的，将微惯导系统的工作温度范围分为m个温度段包括：将微惯导系统的工作温度范围等分为m个温度段。
优选的，根据微惯导系统的角速率量程选取n个角速率测量点包括：根据微惯导系统的角速率量程等间隔选取n个角速率测量点。
优选的，通过下式获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差：
式中，ωgx1、ωgx2、...、ωgxn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点的角速率测量均值。
根据本发明的又一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法。
应用本发明的技术方案，通过每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值和每个角速率测量点对应的转台的角速率基准获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差；然后对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数；再根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。本发明的方法可广泛应用于高速旋转的制导炮弹领域，在陀螺角速率高达几千度每秒的情况下，该补偿方法能够将陀螺标度因数误差提升一个数量级，从而能够大幅提高陀螺角速率测量精度，满足高转速高动态环境下对微惯导系统提出的高精度姿态测量需求，对制导炮弹等武器装备具有非常重要的意义。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的一种实施例提供的微惯导系统测量误差补偿方法的流程图。
具体实施方式
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。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1所示，本发明提供了一种微惯导系统测量误差补偿方法，所述方法包括：
S10、将微惯导系统的工作温度范围分为m个温度段；
S20、根据微惯导系统的角速率量程选取n个角速率测量点；
S30、在每个温度段的起始温度点分别对各个角速率测量点进行多次采集，并获取每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值；
S40、根据每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值和每个角速率测量点对应的转台的角速率基准获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差；
S50、对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数；
S60、获取微惯导系统的当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数，并根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。
本发明通过每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值和每个角速率测量点对应的转台的角速率基准获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差；然后对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数；再根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。本发明的方法可广泛应用于高速旋转的制导炮弹领域，在陀螺角速率高达几千度每秒的情况下，该补偿方法能够将陀螺标度因数误差提升一个数量级，从而能够大幅提高陀螺角速率测量精度，满足高转速高动态环境下对微惯导系统提出的高精度姿态测量需求，对制导炮弹等武器装备具有非常重要的意义。
根据本发明的一种实施例，在本发明的S10中，将微惯导系统的工作温度范围分为m个温度段包括：将微惯导系统的工作温度范围等分为m个温度段。
举例来讲，若微惯导系统的工作温度范围为-40℃～+60℃，可选取每10℃为一个温度段，即m＝10，将10个温度段设置为[-40℃～-30℃)、[-30℃～-20℃)、[-20 ℃～-10℃)、[-10℃～-0℃)、[0℃～10℃)、[10℃～20℃)、[20℃～30℃)、[30℃～40℃)、 [40℃～50℃)、[50℃～60℃]。
此外，若有特殊关注的温度区间，也可采用不等分温度段，对有特殊关注的温度区间进行细化分区。
根据本发明的一种实施例，在本发明的S20中，根据微惯导系统的角速率量程选取n个角速率测量点包括：根据微惯导系统的角速率量程等间隔选取n 个角速率测量点。
其中，选取的n个角速率测量点应覆盖微惯导系统测量范围。举例来讲，若微惯导系统量程为2000°/s，可每隔500°/s设置一个角速率点，即将角速率测量点分别设置为500°/s、1000°/s、1500°/s、2000°/s。
此外，若有特殊关注的角速率测量区间，也可采用不间隔设置的角速率测量点，在有特殊关注的角速率测量区间中多设置几个角速率测量点。
根据本发明的一种实施例，在本发明的S40中，通过下式获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差：
式中，ωgx1、ωgx2、...、ωgxn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点的角速率测量均值。
根据本发明的一种实施例，在本发明的S50中，对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数包括：
S51、根据每个角速率测量点对应的转台的角速率基准构建拟合基准矩阵；
S52、根据每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差构建每个温度段对应的拟合误差矩阵；
S53、根据拟合基准矩阵和每个温度段对应的拟合误差矩阵，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数。
具体地，在本发明的S51中，通过下式构建拟合基准矩阵：
在本发明的S52中，通过下式构建每个温度段对应的拟合误差矩阵：
在本发明的S53中，通过下式得到每个温度段对应的标度因数拟合参数：
dPara＝dMathRes·dErr；
式中，dMathRes为拟合基准矩阵，ωrf1、ωrf2、...、ωrfn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点对应的转台的角速率基准，dErr为当前温度段对应的拟合误差矩阵，Sgx1、Sgx2、...、Sgxn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点的标度因数误差，dPara为当前温度段对应的标度因数拟合参数。
根据本发明的一种实施例，在本发明的S60中，获取微惯导系统的当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数，并根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率包括：
S61、根据当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数和微惯导系统测量的角速率获取微惯导系统的角速率测量误差；
S62、根据微惯导系统的角速率测量误差对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。
根据本发明的一种实施例，在本发明的S61中，通过下式获取微惯导系统的角速率测量误差：
Δωgx＝ωgx·p1+p0；
在本发明的S62中，通过下式得到补偿后的角速率：
ω′gx＝ωgx·(1-Δωgx)；
式中，Δωgx为微惯导系统的角速率测量误差，ωgx为角速率测量点的角速率测量均值，p1为标度因数拟合参数的一次项系数，p0为标度因数拟合参数的常数项系数，ω′gx为补偿后的角速率。
本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法。
综上所述，本发明提供了一种微惯导系统测量误差补偿方法，通过每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值和每个角速率测量点对应的转台的角速率基准获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差；然后对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数；再根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。本发明的方法可广泛应用于高速旋转的制导炮弹领域，在陀螺角速率高达几千度每秒的情况下，该补偿方法能够将陀螺标度因数误差提升一个数量级，从而能够大幅提高陀螺角速率测量精度，满足高转速高动态环境下对微惯导系统提出的高精度姿态测量需求，对制导炮弹等武器装备具有非常重要的意义。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微惯导系统测量误差补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
将微惯导系统的工作温度范围分为m个温度段；
根据微惯导系统的角速率量程选取n个角速率测量点；
在每个温度段的起始温度点分别对各个角速率测量点进行多次采集，并获取每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值；
根据每个温度段对应的各个角速率测量点的角速率测量均值和每个角速率测量点对应的转台的角速率基准获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差；
对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数；
获取微惯导系统的当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数，并根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率；
其中，对每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差进行参数拟合，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数包括：
根据每个角速率测量点对应的转台的角速率基准构建拟合基准矩阵；
根据每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差构建每个温度段对应的拟合误差矩阵；
根据拟合基准矩阵和每个温度段对应的拟合误差矩阵，得到每个温度段对应的标度因数拟合参数；
通过下式构建拟合基准矩阵：
通过下式构建每个温度段对应的拟合误差矩阵：
通过下式得到每个温度段对应的标度因数拟合参数：
dPara＝dMathRes·dErr；
式中，dMathRes为拟合基准矩阵，ωrf1、ωrf2、...、ωrfn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点对应的转台的角速率基准，dErr为当前温度段对应的拟合误差矩阵，Sgx1、Sgx2、...、Sgxn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点的标度因数误差，dPara为当前温度段对应的标度因数拟合参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取微惯导系统的当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数，并根据获取的标度因数拟合参数对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率包括：
根据当前工作温度所处的温度段对应的标度因数拟合参数和微惯导系统测量的角速率获取微惯导系统的角速率测量误差；
根据微惯导系统的角速率测量误差对微惯导系统测量的角速率进行补偿，得到补偿后的角速率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过下式获取微惯导系统的角速率测量误差：
Δωgx＝ωgx·p1+p0；
式中，Δωgx为微惯导系统的角速率测量误差，ωgx为角速率测量点的角速率测量均值，p1为标度因数拟合参数的一次项系数，p0为标度因数拟合参数的常数项系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过下式得到补偿后的角速率：
ω′gx＝ωgx·(1-Δωgx)；
式中，ω′gx为补偿后的角速率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将微惯导系统的工作温度范围分为m个温度段包括：将微惯导系统的工作温度范围等分为m个温度段。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，据微惯导系统的角速率量程选取n个角速率测量点包括：根据微惯导系统的角速率量程等间隔选取n个角速率测量点。
7.根据权利要求1至3或5至6中任一项所述的方法，其特征在于，通过下式获取每个温度段对应的各个角速率测量点的标度因数误差：
式中，ωgx1、ωgx2、...、ωgxn分别为第一、第二、...、第n个角速率测量点的角速率测量均值。
8.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一所述方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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