CN115900757A - 一种四轴惯性平台台体取正的方法 - Google Patents

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CN115900757A CN202211201673.4A CN202211201673A CN115900757A CN 115900757 A CN115900757 A CN 115900757A CN 202211201673 A CN202211201673 A CN 202211201673A CN 115900757 A CN115900757 A CN 115900757A
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邓超
洪娟
赵友
张金云
段英尧
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Abstract

本申请涉及惯性测量领域，具体公开了一种四轴惯性平台台体取正的方法，包括：获取重力矢量在所述四轴惯性平台的台体坐标系的投影；根据所述重力矢量在所述台体坐标系的投影和所述四轴惯性平台的框架角信息，确定所述重力矢量在所述四轴惯性平台的基座坐标系的投影；根据所述重力矢量在所述基座坐标系的投影，确定用于平台取正的目标框架角；根据所述目标框架角，生成四轴惯性平台的转位轨迹。本申请的方案有利于避免长时间贮存后三浮陀螺仪精度跳变、精度超差。

Description

一种四轴惯性平台台体取正的方法
技术领域
本申请涉及惯性测量的技术领域，特别是一种四轴惯性平台台体取正的方法。
背景技术
安装于平台台体上的三浮陀螺仪在某固定姿态长时间静态放置时，由于重力的作用，一次项系数会产生变化，并随时间逐步趋稳，且不同的姿态下稳定值不同。如果静置时的三浮陀螺仪姿态与使用时不同，当再次通电使用时，陀螺仪一次项相对于静置前使用状态出现跳变、精度超差。
惯性平台经运输或载体基座转动后，在不主动干预的情况下，平台台体在轴端摩擦、静不平衡等力矩耦合作用下处于自由态，即台体空间位置不确定。因此台体上安装的三只三浮陀螺仪姿态均不确定，极大可能与正常使用状态存在较大姿态偏差，从而引起长期静置后陀螺仪一次项系数逐次通电精度超差。
为减小三浮陀螺仪系数的变化，贮存时仪表与重力矢量的关系应尽量保持与工作状态时一致，即保持台体Y轴朝天方向，因此，在贮存之前应给平台上电执行取正工序，将台体Y轴转到天向方向，然后再断电贮存。
发明内容
本申请提供一种四轴惯性平台台体取正的方法，目的是避免三浮陀螺仪精度跳变、精度超差。
第一方面，提供了一种四轴惯性平台台体取正的方法，其特征在于，包括：
获取重力矢量在所述四轴惯性平台的台体坐标系的投影；
根据所述重力矢量在所述台体坐标系的投影和所述四轴惯性平台的框架角信息，确定所述重力矢量在所述四轴惯性平台的基座坐标系的投影；
根据所述重力矢量在所述基座坐标系的投影，确定用于平台取正的目标框架角；
根据所述目标框架角，生成四轴惯性平台的转位轨迹。
与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
在静态放置之前通过对惯性平台几分钟的短时加电，在不加温、陀螺仪不工作的情况下，将平台台体位置转至Y轴朝天方向(即平台通常工作姿态)。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述重力矢量在所述四轴惯性平台的台体坐标系的投影满足：
Figure BDA0003872249030000021
Figure BDA0003872249030000022
为所述重力矢量在所述台体坐标系的投影矢量，
Figure BDA0003872249030000023
为补偿过加速度计误差系数的实际加速度；δij表示i加速度计绕平台坐标系j轴的安装误差角，单位为弧度。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述重力矢量在所述四轴惯性平台的台体坐标系的投影满足：
Figure BDA0003872249030000024
τ表示时间间隔。
重力矢量在四轴惯性平台的台体坐标系的投影可以经过归一化，有利于使矢量投影更加准确平稳。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述四轴惯性平台的框架角信息满足：
Figure BDA0003872249030000025
Figure BDA0003872249030000031
Figure BDA0003872249030000032
θx′为随动环框架角，θy为外环框架角，θx为内环框架角，θz为台体框架角。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述重力矢量在所述四轴惯性平台的基座坐标系的投影
Figure BDA0003872249030000033
满足：
Figure BDA0003872249030000034
表示平台取正之前所述台体坐标系到所述基座坐标系的旋转矩阵，
Figure BDA0003872249030000035
表示平台取正之前所述重力矢量在所述台体坐标系的投影。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，平台取正之后所述台体坐标系到所述基座坐标系的旋转矩阵
Figure BDA0003872249030000036
满足：
Figure BDA0003872249030000037
表示平台取正之后所述重力矢量在所述台体坐标系的投影。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，平台取正之后台体框架角θz2＝arcsin(c1)；
平台取正之后随动环框架角
Figure BDA0003872249030000038
平台取正之后内环框架角θx2＝0；
平台取正之后外环框架角θy2＝0，
其中，
Figure BDA0003872249030000039
由此有利于保证解的唯一性，减少四轴惯性平台取正的数据处理量。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述转位轨迹track_att(k)满足：
Figure BDA0003872249030000041
real_att为当前框架角，k为控制周期计数，step为步长，sign为符号函数：
Figure BDA0003872249030000042
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，步长函数step满足：
Figure BDA0003872249030000043
a表示步长变化速度，b表示步长增长峰值，c表示步长减速阈值。
由此有利于实现取正步长的加速和减速，使四轴惯性平台可以平稳取正。
第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备用于执行如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的方法。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种四轴惯性平台的示意性结构图。
图2示出了本申请实施例提供的一种四轴惯性平台台体取正的方法的示意性流程图。
图3示出了本申请实施例提供的一种四轴惯性平台台体取正的方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。
四轴惯性平台坐标系如图1所示。X'F轴为随动轴，YF轴为外环轴，XF轴为内环轴，ZF轴为台体轴。OXYZ为发射点重力惯性坐标系；OXPYPZP为平台台体坐标系；XbYbZb为基座坐标系；OX'FYFZF为平台本体框架轴系。定义θx′为随动环框架角，θy为外环框架角，θx为内环框架角，θz为台体框架角，框架角极性定义为绕框架轴系正向顺时针转动为正。台体上安装3只石英，敏感轴分别指向台体坐标系X，Y，Z方向；台体上安装3只陀螺仪，敏感轴分别指向台体坐标系X，Y，Z方向。
图2示出了本申请实施例提供的一种四轴惯性平台台体取正的方法的示意性流程图。四轴惯性平台台体取正的方法具体执行步骤可以参照图3。
110，获取重力矢量在四轴惯性平台的台体坐标系的投影。
对台体上三只石英表测量信息进行零次项、安装误差补偿，得到台体坐标系下重力矢量，具体如下：
定义加速度计输入轴的安装误差绕基准坐标系正向旋转为正向误差，并认为安装误差角为小量可以作近似计算，得到加速度计安装误差补偿算法：
Figure BDA0003872249030000051
式中，
Figure BDA0003872249030000052
为台体坐标系(p系)下的加速度矢量；
Figure BDA0003872249030000053
为补偿过加速度计误差系数的实际加速度；δij表示i加表绕平台坐标系j轴的安装误差角，单位为弧度。
在一些实施例中，可以取一定时间间隔内重力矢量在台体坐标系的投影均值，对其进行归一化处理，具体如下：
取τ时间间隔内重力矢量在台体坐标系的投影均值，
Figure BDA0003872249030000054
进行归一化有:
Figure BDA0003872249030000061
120，根据重力矢量在台体坐标系的投影和四轴惯性平台的框架角信息，确定重力矢量在四轴惯性平台的基座坐标系的投影。
台体坐标系到基座坐标系为当前框架角按照台体、内环、外环、随动环框架角顺序转动到框架为零的变换矩阵，具体如下：
Figure BDA0003872249030000062
定义框架角顺时针转动为正，从而有
Figure BDA0003872249030000063
Figure BDA0003872249030000064
平台取正之前，重力矢量在台体坐标系的投影为
Figure BDA0003872249030000065
台体、内环、外环、随动环框架角分别为θz1、θx1、θy1、θx'1，台体坐标系到基座坐标系的旋转矩阵为：
Figure BDA0003872249030000066
则有：
Figure BDA0003872249030000067
表示重力矢量在基座坐标系的投影。
130，根据重力矢量在基座坐标系的投影，确定用于平台取正的目标框架角。
由此可以得到台体系Y轴朝天时，对应的框架角度值。具体如下：
定义重力矢量在基座坐标系的投影为：
Figure BDA0003872249030000068
平台取正后，重力矢量在台体坐标系的投影为
Figure BDA0003872249030000069
台体、内环、外环、随动环框架角分别为θz2、θx2、θy2、θx'2，台体坐标系到基座坐标系的旋转矩阵为：
Figure BDA00038722490300000610
则有：
Figure BDA00038722490300000611
由此实现台体取正，即保证Y轴朝天向。
为保证解的唯一性，具体实现时可将内环框架角和外环框架角始终控制为零，即θx2＝0；θy2＝0，仅需转动台体和随动两个框架角。则有：
Figure BDA0003872249030000071
从而有：
Figure BDA0003872249030000072
其中θz2取值范围为(-π/2，π/2]，θx′2取值范围为(-π，π]。
140，根据目标框架角，生成四轴惯性平台的转位轨迹。
平台稳定控制软件在收到取正命令后，读取目标框架角(记为goal_att)和当前框架角(记为real_att)，生成转位轨迹(记为track_att(k))，同时转动框架，跟踪所生成的框架角轨迹。
平台框架转位轨迹生成周期和转位控制周期一致，转位轨迹具体如下式所示：
Figure BDA0003872249030000073
其中，k为控制周期计数，sign为符号函数，有
Figure BDA0003872249030000074
step为步长，有
Figure BDA0003872249030000075
a表示步长变化速度。b表示步长增长峰值。c表示步长减速阈值。a<b，
Figure BDA0003872249030000081
k’表示step(k)＝b时k的最小值。goal-_attt>c/2。
当开始选转动框架时，步长可以相对较小，通过step(k)＝step(k-1)+a，可以控制步长缓慢增长。当步长增大到一定程度后，可以维持在b。当框架即将转动至目标框架角时，通过step(k)＝step(k-1)-a，可以控制步长缓慢减速。在一些实施例中，a＝0.000003，b＝0.003，c＝1.5。
平台稳定控制软件在执行取正功能时，依次按照台体(Z)、内环(X)、外环(Y)和随动(X')的顺序依次转动。当每个框架角转至距离目标框架角差值在一定角度以内，增加下一个框架的取正转位控制操作，直至4个轴均完成取正框架轴控制。当四个框架角与对应目标框架角偏差均在一定角度内，认为平台取正好，并置“取正好”状态字。
本申请实施例还提供一种电子设备，用于执行如图2所示的四轴惯性平台台体取正的方法。在一些实施例中，电子设备可以包括图1所示的四轴惯性平台。
本发明虽然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，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种四轴惯性平台台体取正的方法，其特征在于，包括：
获取重力矢量在所述四轴惯性平台的台体坐标系的投影；
根据所述重力矢量在所述台体坐标系的投影和所述四轴惯性平台的框架角信息，确定所述重力矢量在所述四轴惯性平台的基座坐标系的投影；
根据所述重力矢量在所述基座坐标系的投影，确定用于平台取正的目标框架角；根据所述目标框架角，生成四轴惯性平台的转位轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重力矢量在所述四轴惯性平台的台体坐标系的投影满足：
Figure FDA0003872249020000011
Figure FDA0003872249020000012
为所述重力矢量在所述台体坐标系的投影矢量，
Figure FDA0003872249020000013
为补偿过加速度计误差系数的实际加速度；δij表示i加速度计绕平台坐标系j轴的安装误差角，单位为弧度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述重力矢量在所述四轴惯性平台的台体坐标系的投影满足：
Figure FDA0003872249020000014
τ表示时间间隔。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述四轴惯性平台的框架角信息满足：
Figure FDA0003872249020000015
Figure FDA0003872249020000021
Figure FDA0003872249020000022
θx′为随动环框架角，θy为外环框架角，θx为内环框架角，θz为台体框架角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述重力矢量在所述四轴惯性平台的基座坐标系的投影
Figure FDA0003872249020000023
满足：
Figure FDA0003872249020000024
Figure FDA0003872249020000025
表示平台取正之前所述台体坐标系到所述基座坐标系的旋转矩阵，
Figure FDA0003872249020000026
表示平台取正之前所述重力矢量在所述台体坐标系的投影。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，平台取正之后所述台体坐标系到所述基座坐标系的旋转矩阵
Figure FDA0003872249020000027
满足：
Figure FDA0003872249020000028
Figure FDA0003872249020000029
表示平台取正之后所述重力矢量在所述台体坐标系的投影。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
平台取正之后台体框架角θz2＝arcsin(c1)；
平台取正之后随动环框架角
Figure FDA00038722490200000210
平台取正之后内环框架角θx2＝0；
平台取正之后外环框架角θy2＝0，
其中，
Figure FDA00038722490200000211
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转位轨迹track_att(k)满足：
Figure FDA0003872249020000031
real_att为当前框架角，k为控制周期计数，step为步长，sign为符号函数：
Figure FDA0003872249020000032
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步长函数step满足：
Figure FDA0003872249020000033
a表示步长变化速度，b表示步长增长峰值，c表示步长减速阈值。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备用于执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。
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