CN115824225B - 一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例公开了一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法和装置，其中，方法包括：根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行分析操作，得到静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；根据关联性结果，确定静电陀螺监控器的航向误差补偿模型；根据航向误差补偿模型对静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。由此，本公开实施例实现了对航向误差的动态评估，利用预估的估计航向误差对静电陀螺监控器航向信息进行补偿，可以有效提升静电陀螺监控器输出的航向信息精度。
Description
技术领域
本公开涉及航海导航技术，尤其是一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法和装置。
背景技术
静电陀螺监控器是航天测量船完成海上测控任务的关键导航设备，静电陀螺监控器航向误差直接影响航天测量船对目标的测控精度。在海上动态条件下，受到海况、舰船运动以及静电陀螺监控器自身误差等各种因素的影响，静电陀螺监控器在长时间工作以后，其输出的导航参数精度不断降低，将极大影响航天测量船的测控任务。实时有效地对静电陀螺监控器航向误差进行动态评估是保障航天测量船高质量完成测控任务的重要基础。在海上气候环境良好的情况下，航天测量船可通过标校经纬仪测量星体获取准确航向信息，而在海上复杂环境条件下，受到气候因素影响无法实时测星，难以满足航天测量船长时间全天候高精度测控任务要求。对于长时间海上航行的舰船而言，由于其配置的静电陀螺监控器航向精度最高，当受到气候或其它因素干扰等影响，无法适时进行星体测量，难以获得比静电陀螺监控器航向精度更高的航向参考信息，难以在动态情况下找到合适的仪器对静电陀螺监控器航向误差进行实时动态评估。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了本公开。本公开的实施例提供了一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法和装置。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法，应用于电子设备，包括：根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；根据所述关联性结果，确定所述静电陀螺监控器的航向误差补偿模型（1）；
（1）；
其中，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的补偿后的航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的实际航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，t为时刻；根据所述航向误差补偿模型（1）对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。
可选地，在本公开上述任一实施例的方法中，还包括：根据所述关联性结果，确定所述静电陀螺监控器的估计航向误差模型（2）；
（2）；
其中， 为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，为所述静电陀螺监控器在t时刻的纬度，为所述静电陀螺监控器在t时刻的纬度误差，t为时刻。
可选地，在本公开上述任一实施例的方法中，根据所述航向误差补偿模型（1）对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿，包括：基于所述航向误差补偿模型（1）和所述估计航向误差模型（2），根据对所述静电陀螺监控器的纬度误差，对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。
可选地，在本公开上述任一实施例的方法中，所述分析操作包括：根据所述静电陀螺监控器系统的误差因素对所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行第一子分析操作，得到分析处理结果，其中，所述分析处理结果包括：所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果；对所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果执行第二子分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果。
可选地，在本公开上述任一实施例的方法中，所述误差因素包括：第一误差和第二误差，其中，所述第一误差由所述静电陀螺监控器系统的解算通道产生，所述第二误差由所述静电陀螺监控器系统的测量通道产生；所述第一子分析操作包括：将所述平台惯导系统的工作状态设置为水平阻尼状态，根据所述第一误差、第一预设误差方程、所述第二误差和第二预设误差方程，确定导航参数误差表达式。
可选地，在本公开上述任一实施例的方法中，所述第一子分析操作还包括：对所述导航参数误差表达式进行误差转换处理，得到所述静电陀螺监控器的航向误差表达式和所述静电陀螺监控器的纬度误差表达式；将所述静电陀螺监控器的航向误差表达式确定为所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果，以及将所述静电陀螺监控器的纬度误差表达式确定为所述静电陀螺监控器的纬度误差处理结果。
可选地，在本公开上述任一实施例的方法中，所述第二子分析操作，包括：根据预设转换规则，对所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和所述静电陀螺监控器的纬度误差处理结果进行转换处理，得到在所述误差因素下的所述关联性结果，其中，所述关联性结果包括：所述静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差的振荡信息、所述静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的周期振荡幅值关系信息和所述静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的相位关系信息。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种静电陀螺监控器航向误差补偿装置，应用于电子设备，包括：分析模块，用于根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；第一确定模块，用于根据所述关联性结果，确定所述静电陀螺监控器的航向误差补偿模型（1）；
（1）；
其中，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的补偿后的航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的实际航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，t为时刻；补偿模块，用于根据所述航向误差补偿模型（1）对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述静电陀螺监控器航向误差补偿方法。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述静电陀螺监控器航向误差补偿方法。
本公开实施例提供了一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法和装置，其中，方法包括：根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行分析操作，得到静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；根据关联性结果，确定静电陀螺监控器的航向误差补偿模型（1）；根据航向误差补偿模型（1）对静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。由此，本公开实施例实现了对航向误差的动态评估，利用预估的估计航向误差对静电陀螺监控器航向信息进行补偿，可以有效提升静电陀螺监控器输出的航向信息精度。
下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
通过结合附图对本公开实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本公开实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1是本公开一示例性实施例提供的静电陀螺监控器航向误差补偿方法的流程示意图；
图2是本公开一示例性实施例提供的步骤S110的流程示意图；
图3是本公开另一示例性实施例提供的仿真条件1中静电陀螺监控器纬度误差与航向误差仿真曲线的示意图；
图4是本公开一示例性实施例提供的仿真条件1中静电陀螺监控器航向误差变化曲线的示意图；
图5是本公开又一示例性实施例提供的仿真条件2中静电陀螺监控器纬度误差与航向误差仿真曲线的示意图；
图6是本公开又一示例性实施例提供的仿真条件2中静电陀螺监控器航向误差变化曲线的示意图；
图7是本公开一示例性实施例提供的静电陀螺监控器航向误差补偿装置的结构示意图；
图8是本公开一示例性实施例提供的电子设备的结构图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。
应注意到：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公开的范围。
本领域技术人员可以理解，本公开实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
还应理解，在本公开实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。
还应理解，对于本公开实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。
另外，本公开中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本公开中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还应理解，本公开对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。
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。
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，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
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说明书的一部分。
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。
本公开实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于：个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。
终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令（诸如程序模块）的一般语境下描述。通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
示例性方法
在本公开实施例中，静电陀螺监控器系统包括：平台惯导系统（InertialNavigation System，INS，平台式惯性导航系统）、解算通道、测量通道和静电陀螺监控器（Electrostatically Supported Gyro Monitor，ESGM）。
静电陀螺监控器包括：上陀螺仪和下陀螺仪，上陀螺仪和下陀螺仪可以为静电陀螺仪。静电陀螺监控器是以高精度静电陀螺仪为核心器件的惯性导航仪器，依靠平台惯导系统提供的水平姿态信息，与平台惯导系统组成ESGM／INS组合系统。静电陀螺监控器是基于天文导航原理，利用两个静电陀螺仪（上陀螺仪和下陀螺仪）模拟两颗恒星，以平台式惯性导航系统提供的水平姿态信息作为水平基准，通过测量两个虚拟恒星的高度角和方位角，进行导航解算，输出载体（船舰等）的位置和航向信息。解算通道是根据输入的经度、纬度、航向信息及存储的模型参数，解算出两个静电陀螺仪主轴所模拟星体在赤道坐标系中的位置，即赤纬和地方时角。测量通道根据加速度计测量值和陀螺框架角度传感器测得相对水平面的高度角和方位角。
图1是本公开一示例性实施例提供的静电陀螺监控器航向误差补偿方法的流程示意图。本实施例可应用在电子设备、舰船上等，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S110，根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行分析操作，得到静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果。
其中，引起静电陀螺监控器的误差源主要包括陀螺漂移、初始定向误差、水平基准误差、随动系统误差、安装误差和随机误差等。上述误差源共同作用下引起解算通道的误差（第一误差）与测量通道的误差（第二误差）。
进一步地，如图2所示，分析操作包括：
步骤S111，根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行第一子分析操作，得到分析处理结果。
其中，分析处理结果包括：静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果。
进一步地，第一子分析操作包括：
误差因素包括：第一误差和第二误差，第一误差由静电陀螺监控器系统的解算通道产生，第二误差由静电陀螺监控器系统的测量通道产生。
将平台惯导系统的工作状态设置为水平阻尼状态，根据第一误差、第一预设误差方程、第二误差和第二预设误差方程，确定导航参数误差表达式。
其中，解算通道根据陀螺漂移参数、陀螺主轴相对赤道坐标系的初始位置角信息（赤纬、地方时角）和平台惯导系统提供的船舰（该船舰上设置有静电陀螺监控器）的位置信息和航向信息，进行迭代解算任一时刻的地方时角、赤纬及格林威治地方时角。假设平台惯导系统提供准确的位置信息和航向信息，则解算通道产生的第一误差可以包括上陀螺和下陀螺在 x、z 轴向漂移的误差。第一误差是由陀螺漂移模型的误差引起，解算通道的位置角的误差方程（第一预设误差方程）为式（3）；
（3）；
其中，下标1，2分别表示上陀螺仪和下陀螺仪，表示上陀螺仪的天体时圆与天体方位圆之间的夹角， 表示下陀螺仪的天体时圆与天体方位圆之间的夹角； 和分别表示上陀螺仪在赤道坐标系中的地方时角和赤纬，和分别表示下陀螺仪在赤道坐标系中的地方时角和赤纬；、分别表示上陀螺仪在x、z轴向漂移的误差，、分别表示下陀螺仪在x、z轴向漂移的误差，表示解算通道产生的上陀螺仪的赤纬误差，表示解算通道产生的下陀螺仪的赤纬误差，表示解算通道产生的上陀螺仪的地方时角误差，表示解算通道产生的下陀螺仪的地方时角误差。
此时，静电陀螺仪的漂移误差模型为式（4）：
(4)；
其中，i=1，2，当i=1时表示上陀螺仪，i=2时表示下陀螺仪；表示i陀螺仪相对水平坐标系的高度角；、分别表示i陀螺仪在x、z轴向漂移的误差，、、、表示陀螺漂移模型系数误差。由陀螺转子轴向不平衡、质心偏移引起；由转子的圆球度误差引起；、主要由真空度不理想，转子对磁场未完全屏蔽，即未达到物理上和磁场上的理想真空而形成的。
测量通道根据加速度计测量值和陀螺框架角度传感器测得相对水平面的高度角和方位角，通过误差补偿和平滑滤波得到高度角的量测值和方位角的量测值。将高度角的量测值和方位角的量测值的坐标系由地平坐标系转换到赤道坐标系，可得到上陀螺仪和下陀螺仪相对于赤道坐标系下的位置角测量值，以及上陀螺仪和下陀螺仪相对于赤道坐标系下的位置角测量值。在测量通道中，复示平台的不水平引起了测角基准的误差，而上述测角误差引起测量通道所产生的第二误差（测量误差）。其中，复示平台用于跟踪平台惯导系统平姿态角实现对静电陀螺监控器水平基准确定。
第二预设误差方程可以为式（5）；
（5）；
式中，、分别表示i陀螺的测角误差，、 表示平台惯导系统的水平姿态角误差； 、 分别为i陀螺仪主轴的方位角和高度角。此时，由上陀螺仪和下陀螺仪的测角误差引起的位置角的测量误差用式（6）表示。
（6）；
其中，表示测量通道产生的上陀螺仪的赤纬误差，表示测量通道产生的下陀螺仪的赤纬误差，表示测量通道产生的上陀螺仪的地方时角误差，表示测量通道产生的下陀螺仪的地方时角误差，和表示上陀螺仪的方位角误差和高度角误差。
根据静电陀螺监控器导航误差原理，在不考虑平台惯导系统位置误差和航向误差条件下，静电陀螺监控器的导航误差是由解算通道产生的第一误差和测量通道产生的第二误差共同引起，根据解算通道与测量通道输出位置角之差，即利用第一误差与第二误差，可得到静电陀螺监控器的误差表达式（7）。
（7）；
其中，表示i陀螺仪的综合赤纬误差，表示i陀螺仪的综合地方时角误差。
根据和，通过误差转换，可得到静电陀螺监控器输出的导航参数误差表达式（8）。
（8）；
其中， 为上陀螺仪的地方时角，为上陀螺仪的综合地方时角误差，为上陀螺仪的综合赤纬误差，为下陀螺仪的地方时角，为下陀螺仪的综合地方时角误差，为下陀螺仪的综合赤纬误差，为静电陀螺监控器的经度信息，为静电陀螺监控器的纬度信息，、、分别表示静电陀螺监控器的纬度误差、经度误差和航向误差。
进一步地，第一子分析操作还包括：
对导航参数误差表达式进行误差转换处理，得到静电陀螺监控器的航向误差表达式和静电陀螺监控器的纬度误差表达式；
将静电陀螺监控器的航向误差表达式确定为静电陀螺监控器的航向误差处理结果，以及将静电陀螺监控器的纬度误差表达式确定为静电陀螺监控器的纬度误差处理结果。
其中，可以对导航参数误差表达式（8）进行变换，得到静电陀螺监控器的纬度误差表达式（9）和航向误差表达式（10）；
（9）；
（10）。
步骤S112，对静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果执行第二子分析操作，得到静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果。
进一步地，第二子分析操作包括：根据预设转换规则，对静电陀螺监控器的航向误差处理结果和静电陀螺监控器的纬度误差处理结果进行转换处理，得到在误差因素下的关联性结果，其中，关联性结果包括：静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差的振荡信息、静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的周期振荡幅值关系信息和静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的相位关系信息。
其中，对纬度误差表达式（9）和航向误差表达式（10）进行转换处理，具体地，在纬度误差表达式（9）和航向误差表达式（10）中，令：
；
将和带入纬度误差表达式（9）和航向误差表达式（10）中，则纬度误差表达式（9）和航向误差表达式（10）可以变换为式（11）：
（11）；
对式（11）做进一步简化，则可以得到式（12）；
（12）；
由式（12）可以得到：。
根据式（12）可知，在静电陀螺监控器系统的各种误差因素共同作用下，静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差的振荡信息可以包括：静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差均呈现地球周期振荡。静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的周期振荡幅值关系信息可以包括：静电陀螺监控器的航向误差振荡幅值为纬度误差振荡幅值的secφ倍。静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的相位关系信息可以包括：航向误差周期性振荡相位比纬度误差振荡相位提前π/2。由此，静电陀螺监控器纬度误差和航向误差关联性如式（13）所示。
（13）；
其中， 表示静电陀螺监控器纬度误差中周期振荡误差的幅值，表示静电陀螺监控器的航向周期振荡误差的幅值，表示静电陀螺监控器的纬度周期振荡误差的相位，表示静电陀螺监控器的航向周期振荡误差的相位。
根据式（13），航向误差周期振荡的幅值是纬度误差周期振荡幅值的secφ倍，纬度周期振荡误差的相位与航向周期振荡误差的相位相比，延迟π/2。
步骤S120，根据关联性结果，确定静电陀螺监控器的航向误差补偿模型（1）；
（1）；
其中，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的补偿后的航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的实际航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，t为时刻。
进一步地，根据关联性结果，确定静电陀螺监控器的航向误差估计模型（2）；
（2）；
其中， 为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，为所述静电陀螺监控器在t时刻的纬度，为所述静电陀螺监控器在t时刻的纬度误差，t为时刻。
其中，由于静电陀螺监控器输出的纬度信息和航向信息分别等于上陀螺仪主轴相对水平面的高度角和方位角，而上陀螺仪主轴的高度角误差和方位角误差主要呈现振荡周期为24小时的周期性振荡特点。因此，当为静电陀螺监控器提供水平姿态基准信息的平台惯导系统工作状态为水平阻尼状态时，静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差均呈现地球周期振荡，振荡周期为24小时。
当在时刻t获得的设置在舰船上的静电陀螺监控器的纬度误差，利用关联性结果，则可对t+6小时时刻的静电陀螺监控器的航向误差进行估计，如根据估计航向误差模型（2），得到静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差。
利用在t+6小时时刻的估计航向误差，对静电陀螺监控器在t+6小时时刻的实际航向误差进行补偿，如航向误差补偿模型（1）所示，可得到补偿后的静电陀螺监控器航向误差。
步骤S130，根据航向误差补偿模型（1）对静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。
进一步地，根据航向误差补偿模型（1）和估计航向误差模型（2），基于获得的静电陀螺监控器纬度误差，对静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。
在本公开实施例中，实现了对航向误差的动态评估，利用估计航向误差对静电陀螺监控器航向信息进行补偿，可以有效提升静电陀螺监控器输出的航向信息精度。
仿真实验验证。
（1）仿真实验设计
影响静电陀螺监控器航向误差的误差因素多样，而陀螺漂移、初始定向误差是影响静电陀螺监控器航向误差最主要的误差源，同时考虑静电陀螺监控器航向还受到舰船航行纬度的影响，在仿真实验设计中，通过设置不同纬度、不同陀螺漂移和初始定向误差等仿真条件，验证利用静电陀螺监控器纬度误差与航向误差之间的关联性，实现静电陀螺监控器航向误差动态估计与补偿的可行性。
仿真条件1：上陀螺仪和下陀螺仪在x轴和z轴方向漂移均为，初始定向误差分别为，舰船（静电陀螺监控器）初始经度、纬度分别为和，初始速度为10Kn，航向为45°，仿真时间为120小时。
仿真条件2：上陀螺和下陀螺在x轴和z轴方向漂移均为，初始定向误差分别为，舰船初始经度、纬度分别为和，初始速度为10Kn，航向为45°，仿真时间为120小时。
仿真结果与分析
在仿真条件1中，静电陀螺监控器航向误差和纬度误差如图3所示。在图3中，横坐标表示时间（单位：h），纵坐标表示误差（单位：acr min），实线表示静电陀螺监控器的纬度误差，虚线表示静电陀螺监控器的航向误差，静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差均主要呈现周期为24小时的振荡特点。根据图3，在120小时内，纬度误差的变化范围约为，标准差约为，误差均值约为，航向误差的变化范围约为，标准差约为，误差均值约为。
基于静电陀螺监控器纬度误差与航向误差之间的关联性，根据航向误差补偿模型（1），利用静电陀螺监控器的纬度误差可对静电陀螺监控器的航向误差进行动态估计，得到静电陀螺监控器的估计航向误差。若能够实时获取18小时至90小时时间范围内的纬度误差，可对24小时至96小时的静电陀螺监控器的航向误差进行动态估计与补偿，如图4所示。在图4中，横坐标表示时间（单位：h），纵坐标表示误差（单位：acr min）。实线表示静电陀螺监控器的实际航向误差曲线，虚线表示估计的静电陀螺监控器航向误差曲线，中部虚线表示利用估计航向误差对实际航向误差进行补偿后的静电陀螺监控器航向误差曲线。从图4中可以看出，估计航向误差与实际航向误差在振幅、振荡周期和振荡相位方面保持了较好的一致性，补偿后的静电陀螺监控器航向误差小于，标准差约为，误差均值约为，与补偿前相比，静电陀螺监控器航向误差最大值降低了92.7%，标准差降低了97.9%，误差均值均小于。
在仿真条件2中，静电陀螺监控器航向误差和纬度误差如图5所示。在图5中，横坐标表示时间（单位：h），纵坐标表示误差（单位：acr min），实线表示静电陀螺监控器的纬度误差，虚线表示静电陀螺监控器的航向误差，静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差均主要呈现周期为24小时的振荡特点。根据图5，在120小时内，纬度误差的变化范围约为，标准差约为，误差均值约为，航向误差的变化范围约为，标准差约为，误差均值约为。
基于静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差之间的关联性，根据航向误差补偿模型（1），利用18小时至90小时时间范围获取的纬度误差，可对24小时至96小时的静电陀螺监控器航向误差进行动态估计与补偿，如图6所示。在图6中，横坐标表示时间（单位：h），纵坐标表示误差（单位：acr min），实线表示静电陀螺监控器的实际航向误差曲线，虚线表示估计的静电陀螺监控器的航向误差曲线，中部虚线表示利用估计航向误差对实际航向误差进行补偿后的静电陀螺监控器航向误差曲线。从图6中可以看出，估计航向误差与实际航向误差在振幅、振荡周期和振荡相位方面保持了较好的一致性，补偿后的静电陀螺监控器航向误差最大值小于，标准差约为，误差均值约为，与补偿前相比，静电陀螺监控器航向误差最大值降低了90.9%，标准差降低了97.7%，误差均值均小于。
在仿真条件1和仿真条件2中，舰船（静电陀螺监控器）航行纬度均从变化至，根据前面仿真分析可知，在不同陀螺漂移、不同初始定向误差以及纬度变化条件下，根据建立的静电陀螺监控器航向误差动态估计和补偿模型，可实现静电陀螺监控器航向误差动态估计和补偿，与补偿前静电陀螺监控器航向误差相比，补偿后的航向误差的最大值和标准差均降低了90%以上，误差均值均小于，有效提升了静电陀螺监控器航向精度，从而验证了提出的静电陀螺监控器航向误差动态估计与补偿方法的有效性和可行性。
针对无实时外界参考航向基准情况下的海上静电陀螺监控器航向误差实时动态评估问题，提出了一种新的静电陀螺监控器航向误差动态评估和补偿方法，在分析引起静电陀螺监控器导航误差原理的基础上，分析了引起静电陀螺监控器航向误差和纬度误差之间的关联性，在此基础上，建立了海上静电陀螺监控器航向误差动态评估和补偿模型。仿真研究表明，在不同航行纬度、不同陀螺漂移和初始定向误差仿真条件下，根据静电陀螺监控器航向误差动态评估和补偿模型，利用获取的纬度误差可有效对相应时刻静电陀螺监控器航向误差进行估计和补偿，与补偿前相比，补偿后的静电陀螺监控器航向误差的最大值和标准差均降低了90%以上，误差均值均小于，验证了提出的静电陀螺监控器航向误差动态评估和补偿方法的有效性和可行性，对提升静电陀螺监控器海上航向精度动态自主评估能力，提升航天测量全天候高精度测控具有十分重要的应用价值。
本公开实施例提供的任一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法可以由任意适当的具有数据处理能力的设备执行，包括但不限于：终端设备和服务器等。或者，本公开实施例提供的任一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法可以由处理器执行，如处理器通过调用存储器存储的相应指令来执行本公开实施例提及的任一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法。下文不再赘述。
示例性装置
图7示出本公开实施例中静电陀螺监控器航向误差补偿装置的框图，该装置应用于电子设备。如图7所示，该实施例静电陀螺监控器航向误差补偿装置包括：
分析模块210，用于根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；
第一确定模块220，用于根据所述关联性结果，确定所述静电陀螺监控器的航向误差补偿模型（1）；
（1）；
其中，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的补偿后的航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的实际航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，t为时刻；
补偿模块230，用于根据所述航向误差补偿模型（1）对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。
在本公开实施例中，所述装置还包括：
第二确定模块，用于根据所述关联性结果，确定所述静电陀螺监控器的估计航向误差模型（2）；
（2）；
其中， 为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，为所述静电陀螺监控器在t时刻的纬度，为所述静电陀螺监控器在t时刻的纬度误差，t为时刻。
在本公开实施例中，所述补偿模块230还用于基于所述航向误差补偿模型（1）和所述估计航向误差模型（2），根据对所述静电陀螺监控器的纬度误差，对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。
在本公开实施例中，所述分析操作包括：
根据所述静电陀螺监控器导航系统的误差因素对所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行第一子分析操作，得到分析处理结果，其中，所述分析处理结果包括：所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果；
对所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果执行第二子分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果。
在本公开实施例中，所述误差因素包括：第一误差和第二误差，其中，所述第一误差由所述静电陀螺监控器系统的解算通道产生，所述第二误差由所述静电陀螺监控器系统的测量通道产生；
所述第一子分析操作包括：
将所述平台惯导系统的工作状态设置为水平阻尼状态，根据所述第一误差、第一预设误差方程、所述第二误差和第二预设误差方程，确定导航参数误差表达式。
在本公开实施例中，所述第一子分析操作还包括：
对所述导航参数误差表达式进行误差转换处理，得到所述静电陀螺监控器的航向误差表达式和所述静电陀螺监控器的纬度误差表达式；
将所述静电陀螺监控器的航向误差表达式确定为所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果，以及将所述静电陀螺监控器的纬度误差表达式确定为所述静电陀螺监控器的纬度误差处理结果。
在本公开实施例中，所述第二子分析操作，包括：
根据预设转换规则，对所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和所述静电陀螺监控器的纬度误差处理结果进行转换处理，得到在所述误差因素下的所述关联性结果，其中，所述关联性结果包括：所述静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差的振荡信息、所述静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的周期振荡幅值关系信息和所述静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的相位关系信息。
示例性电子设备
图8图示了根据本公开实施例的电子设备的框图。
如图8所示，电子设备包括一个或多个处理器和存储器。
处理器可以是中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本公开的各个实施例的静电陀螺监控器航向误差补偿方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如输入信号、信号分量、噪声分量等各种内容。
在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置和输出装置，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。
此外，该输入装置还可以包括例如键盘、鼠标等等。
该输出装置可以向外部输出各种信息，包括确定出的距离信息、方向信息等。该输出装置可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
当然，为了简化，图8中仅示出了该电子设备中与本公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。
示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质
除了上述方法和设备以外，本公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的静电陀螺监控器航向误差补偿方法中的步骤。
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
此外，本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的静电陀螺监控器航向误差补偿方法中的步骤。
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
Claims (6)
1.一种静电陀螺监控器航向误差补偿方法，应用于电子设备，其特征在于，包括：
根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；
根据所述关联性结果，确定所述静电陀螺监控器的航向误差补偿模型（1）；
（1）；
其中，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的补偿后的航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的实际航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，t为时刻；
根据所述航向误差补偿模型（1）对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿；
其中，所述分析操作包括：
根据所述静电陀螺监控器系统的误差因素对所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行第一子分析操作，得到分析处理结果，其中，所述分析处理结果包括：所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果；
对所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果执行第二子分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；所述误差因素包括：第一误差和第二误差，其中，所述第一误差由所述静电陀螺监控器系统的解算通道产生，所述第二误差由所述静电陀螺监控器系统的测量通道产生；所述第一子分析操作包括：
将平台惯导系统的工作状态设置为水平阻尼状态，根据所述第一误差、第一预设误差方程（3）、所述第二误差和第二预设误差方程（5），确定导航参数误差表达式；
（3）；
（5）；
其中，下标1，2分别表示上陀螺仪和下陀螺仪，表示上陀螺仪的天体时圆与天体方位圆之间的夹角， 表示下陀螺仪的天体时圆与天体方位圆之间的夹角； 和分别表示上陀螺仪在赤道坐标系中的地方时角和赤纬，和分别表示下陀螺仪在赤道坐标系中的地方时角和赤纬；、分别表示上陀螺仪在x、z轴向漂移的误差，、分别表示下陀螺仪在x、z轴向漂移的误差，表示解算通道产生的上陀螺仪的赤纬误差，表示解算通道产生的下陀螺仪的赤纬误差，表示解算通道产生的上陀螺仪的地方时角误差，表示解算通道产生的下陀螺仪的地方时角误差；、分别表示i陀螺的测角误差，、 表示平台惯导系统的水平姿态角误差；、分别为i陀螺仪主轴的方位角和高度角；
对所述导航参数误差表达式进行误差转换处理，得到所述静电陀螺监控器的航向误差表达式和所述静电陀螺监控器的纬度误差表达式；
将所述静电陀螺监控器的航向误差表达式确定为所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果，以及将所述静电陀螺监控器的纬度误差表达式确定为所述静电陀螺监控器的纬度误差处理结果；
所述第二子分析操作，包括：根据预设转换规则，对所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和所述静电陀螺监控器的纬度误差处理结果进行转换处理，得到在所述误差因素下的所述关联性结果，其中，所述关联性结果包括：所述静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差的振荡信息、所述静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的周期振荡幅值关系信息和所述静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的相位关系信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述关联性结果，确定所述静电陀螺监控器的估计航向误差模型（2）；
（2）；
其中， 为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，为所述静电陀螺监控器在t时刻的纬度，为所述静电陀螺监控器在t时刻的纬度误差，t为时刻。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述航向误差补偿模型（1）对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿，包括：
基于所述航向误差补偿模型（1）和所述估计航向误差模型（2），根据所述静电陀螺监控器的纬度误差，对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿。
4.一种静电陀螺监控器航向误差补偿装置，应用于电子设备，其特征在于，包括：
分析模块，用于根据静电陀螺监控器系统的误差因素对静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；
第一确定模块，用于根据所述关联性结果，确定所述静电陀螺监控器的航向误差补偿模型（1）；
（1）；
其中，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的补偿后的航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的实际航向误差，为所述静电陀螺监控器在t+6小时时刻的估计航向误差，t为时刻；
根据所述航向误差补偿模型（1）对所述静电陀螺监控器的实际航向误差进行补偿；
其中，所述分析操作包括：
根据所述静电陀螺监控器系统的误差因素对所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差执行第一子分析操作，得到分析处理结果，其中，所述分析处理结果包括：所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果；
对所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和纬度误差处理结果执行第二子分析操作，得到所述静电陀螺监控器的航向误差和纬度误差的关联性结果；所述误差因素包括：第一误差和第二误差，其中，所述第一误差由所述静电陀螺监控器系统的解算通道产生，所述第二误差由所述静电陀螺监控器系统的测量通道产生；所述第一子分析操作包括：
将平台惯导系统的工作状态设置为水平阻尼状态，根据所述第一误差、第一预设误差方程（3）、所述第二误差和第二预设误差方程（5），确定导航参数误差表达式；
（3）；
（5）；
其中，下标1，2分别表示上陀螺仪和下陀螺仪，表示上陀螺仪的天体时圆与天体方位圆之间的夹角， 表示下陀螺仪的天体时圆与天体方位圆之间的夹角； 和分别表示上陀螺仪在赤道坐标系中的地方时角和赤纬，和分别表示下陀螺仪在赤道坐标系中的地方时角和赤纬；、分别表示上陀螺仪在x、z轴向漂移的误差，、分别表示下陀螺仪在x、z轴向漂移的误差，表示解算通道产生的上陀螺仪的赤纬误差，表示解算通道产生的下陀螺仪的赤纬误差，表示解算通道产生的上陀螺仪的地方时角误差，表示解算通道产生的下陀螺仪的地方时角误差；、分别表示i陀螺的测角误差，、 表示平台惯导系统的水平姿态角误差；、分别为i陀螺仪主轴的方位角和高度角；
对所述导航参数误差表达式进行误差转换处理，得到所述静电陀螺监控器的航向误差表达式和所述静电陀螺监控器的纬度误差表达式；
将所述静电陀螺监控器的航向误差表达式确定为所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果，以及将所述静电陀螺监控器的纬度误差表达式确定为所述静电陀螺监控器的纬度误差处理结果；
所述第二子分析操作，包括：根据预设转换规则，对所述静电陀螺监控器的航向误差处理结果和所述静电陀螺监控器的纬度误差处理结果进行转换处理，得到在所述误差因素下的所述关联性结果，其中，所述关联性结果包括：所述静电陀螺监控器的纬度误差和航向误差的振荡信息、所述静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的周期振荡幅值关系信息和所述静电陀螺监控器的纬度误差与航向误差的相位关系信息。
5.一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-3中任一所述的方法。
6.一种电子设备，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述权利要求1-3任一所述的方法。
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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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