RU2121134C1 - Process of calibration of gyroscopes - Google Patents
Process of calibration of gyroscopes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2121134C1 RU2121134C1 RU97101784A RU97101784A RU2121134C1 RU 2121134 C1 RU2121134 C1 RU 2121134C1 RU 97101784 A RU97101784 A RU 97101784A RU 97101784 A RU97101784 A RU 97101784A RU 2121134 C1 RU2121134 C1 RU 2121134C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gyroscope
- axis
- angles
- calibration
- world
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть применено при калибровках (аттестации, поверках) гироскопов в процессе лабораторных, заводских и приемо-сдаточных испытаний. The invention relates to gyroscopic instrumentation and can be used for calibrations (certification, verification) of gyroscopes in the process of laboratory, factory and acceptance tests.
Известны способы калибровки гироскопов на поворотных столах (см. У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов. М. Мир. 1972. с. 353-386), позволяющие проводить калибровку гироскопов в поле тяжести Земли. Указанные способы калибровки накладывают ограничения на модель ухода гироскопа, что снижает точность и достоверность калибровки, требуют дважды проводить точную выставку исследуемого гироскопа на поворотном столе по отношению к вектору угловой скорости суточного вращения Земли. Данная операция является сложной и трудоемкой, кроме того, в процессе ее выполнения могут быть существенно нарушены условия проведения эксперимента. Known methods for calibrating gyroscopes on turntables (see U. Wrigley, U. Hollister, U. Denhard. Theory, design and testing of gyroscopes. M. Mir. 1972. S. 353-386), allowing calibration of gyroscopes in the Earth's gravitational field . These calibration methods impose restrictions on the gyroscope drift model, which reduces the accuracy and reliability of the calibration, and require twice to accurately exhibit the gyroscope under study on the turntable with respect to the angular velocity vector of the Earth's daily rotation. This operation is complex and time-consuming, in addition, in the process of its implementation, the conditions of the experiment can be substantially violated.
Предлагаемый способ калибровки гироскопов не имеет ограничений на модель погрешности гироскопа и обеспечивает выполнение всей программы однократной выставкой на поворотном столе исследуемого прибора по отношению к вектору угловой скорости суточного вращения Земли с последующим изменением его положения только посредством поворотного стола. Очевидно, что данные условия позволяют проводить более достоверную и точную калибровку гироскопа, приводят к уменьшению трудозатрат и времени на калибровку, обеспечивают более высокую технологичность эксперимента. The proposed method for calibrating gyroscopes does not have restrictions on the gyroscope error model and ensures that the entire program is executed by a single exhibition on the rotary table of the instrument under study with respect to the angular velocity vector of the Earth's daily rotation, followed by a change in its position only through the rotary table. Obviously, these conditions make it possible to carry out a more reliable and accurate calibration of the gyroscope, lead to a decrease in labor costs and time for calibration, and provide a higher technological effectiveness of the experiment.
Существо способа поясняется следующим. Рассмотрим модель ухода гироскопа, коэффициенты которой наблюдаемы в поле тяжести Земли:
где
ω - суммарный уход гироскопа;
ωo - независящая от перегрузки составляющая ухода гироскопа;
ωx , ωy, ωz - зависящие в первой степени от перегрузки составляющие ухода гироскопа;
ωxy, ωxz, ωyz, ωyy, ωzz - зависящие во второй степени от перегрузки составляющие ухода гироскопа;
nx, ny, nz - проекции единичной перегрузки на оси, связанные с гироскопом;
OX - выходная ось, OY - входная ось, OZ - ось собственного вращения гироскопа.The essence of the method is illustrated by the following. Consider a gyroscope drift model whose coefficients are observed in the Earth's gravitational field:
Where
ω is the total departure of the gyroscope;
ω o - independent of the overload component of the departure of the gyroscope;
ω x , ω y , ω z are the components of the gyroscope departure that depend, in the first degree, on overload;
ω xy , ω xz , ω yz , ω yy , ω zz - components of the gyroscope departure depending on the second degree of overload;
n x , n y , n z - projection of a single overload on the axis associated with the gyroscope;
OX is the output axis, OY is the input axis, OZ is the axis of rotation of the gyroscope.
Данная модель показывает взаимосвязь суммарного ухода гироскопа ω с девятью составляющими ωo, ωx,ωy, ωz, ωxy, ωxz, ωyz, ωyy, ωzz, которые требуется определить по результатам калибровки.This model shows the relationship of the total departure of the gyroscope ω with the nine components ω o , ω x , ω y , ω z , ω xy , ω xz , ω yz , ω yy , ω zz , which must be determined by the calibration results.
Очевидно, что для того, чтобы по измерениям суммарного ухода ω разделить искомые коэффициенты модели погрешностей, нужно произвести измерения в нескольких (не менее девяти) ориентациях гироскопа относительно вектора ускорения силы тяжести. Для того чтобы исключить влияние на калибровку угловой скорости суточного вращения Земли, исследуемый прибор устанавливают входной осью ортогонально оси Мира. Obviously, in order to separate the desired coefficients of the error model from the measurements of the total drift ω, it is necessary to measure in several (at least nine) gyro orientations relative to the gravity acceleration vector. In order to exclude the influence on the calibration of the angular velocity of the Earth's daily rotation, the device under study is installed with the input axis orthogonal to the axis of the World.
Известные способы калибровки производятся на поворотном столе, ось вращения которого ориентируется по оси Мира, гироскоп устанавливают входной осью ортогонально оси Мира, а выходную ось или ось собственного вращения ориентируют по оси вращения стола. Затем производится вращение стола вокруг оси Мира с целью измерения суммарного ухода ω при различных его положениях. Далее переустанавливают гироскоп так, чтобы его выходная ось или ось собственного вращения заняла противоположное направление и повторяют программу измерений суммарного ухода ω. По совокупности полученной информации определяют искомые коэффициенты модели уходов при допущении, что ωyy = -ωzz. Данное допущение является существенным и приводит к снижению точности и достоверности калибровки. Кроме того, две операции установки гироскопа на поворотном столе порождают недостатки, которые детально были рассмотрены ранее.Known calibration methods are performed on a rotary table, the axis of rotation of which is oriented along the axis of the World, the gyroscope is set by the input axis orthogonally to the axis of the World, and the output axis or axis of proper rotation is oriented along the axis of rotation of the table. Then the table is rotated around the axis of the World in order to measure the total drift ω at its various positions. Then, the gyroscope is reinstalled so that its output axis or axis of proper rotation takes the opposite direction and the measurement program for the total drift ω is repeated. Based on the totality of the information obtained, the sought coefficients of the withdrawal model are determined under the assumption that ω yy = -ω zz . This assumption is significant and leads to a decrease in the accuracy and reliability of the calibration. In addition, two operations of installing a gyroscope on a rotary table give rise to disadvantages that have been discussed in detail previously.
С целью исключения недостатков, присущих известным способам калибровки гироскопов, предлагается способ калибровки гироскопа на поворотном столе, в котором в процессе измерений входная ось занимает различные положения относительно плоскости меридиана в плоскости ортогональной оси Мира (соблюдается условие исключения влияния угловой скорости суточного вращения Земли на калибровку), а выходная ось или ось собственного вращения ориентируется относительно оси Мира в нескольких угловых положениях (таких угловых положений больше двух). Реализовать данный способ калибровки можно на поворотном столе, имеющим две оси вращения: одна обеспечивает вращение вокруг оси Мира, другая вокруг оси, ортогональной оси Мира. Указанную конструкцию нетрудно построить, используя, например, карданов подвес, применяемый в трехосных гиростабилизаторах. In order to eliminate the disadvantages inherent in the known methods of calibrating gyroscopes, a method for calibrating a gyroscope on a rotary table is proposed, in which during the measurement the input axis occupies different positions relative to the plane of the meridian in the plane of the orthogonal axis of the World (the condition for eliminating the influence of the angular velocity of the daily rotation of the Earth on calibration) and the output axis or the axis of proper rotation is oriented relative to the axis of the World in several angular positions (there are more than two such angular positions). This calibration method can be implemented on a turntable having two rotation axes: one provides rotation around the axis of the World, the other around an axis orthogonal to the axis of the World. It is not difficult to construct this construction using, for example, a gimbal suspension used in triaxial gyrostabilizers.
Установка гироскопа на поворотном столе и его угловое положение в процессе реализации предлагаемого способа калибровки иллюстрируется чертежом, где показаны: трехгранник XпоYпоZпо, характеризующий исходное положение поворотного стола; трехгранник XпYпZп, характеризующий положение поворотного стола в процессе калибровки; трехгранник XYZ, связанный с исследуемым гироскопом. Трехгранник XпоYпоZпо ориентирован следующим образом: ось OYпо - по оси Мира, ось - OXпо в плоскости меридиана и составляет угол φ с вектором ускорения силы тяжести (φ - ширина места), ось OZпо - дополняет систему до правой. В процессе калибровки поворотный стол вращается вокруг оси Мира на угол α1 (при этом ТГ XпоYпоZпо переходит в ТГ XпYпZп) и вокруг оси поворотного стола OXп, совпадающей с входной осью гироскопа, на угол α2. Угол α2 - это угол между осью Мира и осью собственного вращения или выходной осью исследуемого гироскопа, на чертеже и при последующем рассмотрении без потери общности выбрана ось собственного вращения гироскопа. Таким образом, множество всех возможных положений гироскопа в процессе калибровки по предлагаемому способу задается углами α1 и α2.
Установим набор углов α1 и α2, на которых можно произвести полную калибровку гироскопа по предлагаемому способу в соответствии с моделью (1). Нетрудно видеть, что проекции единичной перегрузки на оси, связанные с гироскопом, определяются так:
ηx = sinα1•cosα2•cosφ + sinα2•sinφ,
Тогда выражение (1) (после подстановки формул (2) и преобразований) может быть записано в следующей векторно-матричной форме:
(3)
где
- вектор коэффициентов ряда Фурье;
- вектор калибруемых составляющих ухода гироскопа;
H1(α1) - матрица размерности 1х5, составленная из тригонометрических функций угла α1, а H2(α2, φ) - матрица размерности 5х9, составленная из тригонометрических функций углов α2/и φ, вида
Из системы (3) следует, что для определения искомого вектора по измерениям значений суммарного ухода ω, необходимо выбрать такой набор углов α1 и α2, чтобы из первого уравнения данной системы определялся вектор коэффициентов Фурье а из второго по значениям вектора был бы найден вектор калибруемых составляющих ухода гироскопа
Первое уравнение системы (3) показывает, что для определения вектора соответствующего фиксированному значению угла α2, в общем случае достаточно произвести измерения в пяти различных ориентациях поворотного стола по углу α1, обозначим их -
Определим оптимальные значения α
Выполнение данного критерия оптимальности, используемого и далее, соответствует минимальному влиянию измерительного шума на вычисление значений искомого вектора.The installation of the gyroscope on the rotary table and its angular position during the implementation of the proposed calibration method is illustrated in the drawing, which shows: a trihedron X by Y by Z by characterizing the initial position of the rotary table; a trihedron X p Y p Z p characterizing the position of the turntable during calibration; XYZ trihedron associated with the studied gyroscope. Trihedron X on Y by Z is focused on in the following way: on the OY axis - the axis of the world, the axis - OX on a meridian plane and forms an angle φ with the acceleration vector due to gravity (φ is the width of the space), the OZ axis along - complements the system to the right. During calibration, the turntable rotates about the World axis by an angle α 1 (wherein TG X on Y by Z of passes in TG X n Y n Z n) and about the axis of the turntable OX n coincident with the input axis of the gyroscope, an angle α 2 . The angle α 2 is the angle between the axis of the World and the axis of proper rotation or the output axis of the studied gyroscope, in the drawing and upon subsequent consideration without loss of generality, the axis of proper rotation of the gyro is selected. Thus, the set of all possible positions of the gyroscope in the calibration process by the proposed method is set by the angles α 1 and α 2 .
We establish a set of angles α 1 and α 2 at which it is possible to perform a complete calibration of the gyroscope according to the proposed method in accordance with model (1). It is easy to see that the projections of the unit overload on the axis associated with the gyroscope are defined as follows:
η x = sinα 1 • cosα 2 • cosφ + sinα 2 • sinφ,
Then expression (1) (after substituting formulas (2) and transformations) can be written in the following vector-matrix form:
(3)
Where
is the vector of coefficients of the Fourier series;
- the vector of calibrated components of the care of the gyroscope;
H 1 (α 1 ) is a 1 × 5 matrix composed of trigonometric functions of the angle α 1 , and H 2 (α 2 , φ) is a 5 × 9 matrix composed of trigonometric functions of angles α 2 / and φ, of the form
From system (3) it follows that to determine the desired vector from measurements of the values of the total drift ω, it is necessary to choose a set of angles α 1 and α 2 such that the vector of Fourier coefficients and from the second vector a vector of calibrated gyroscope care components would be found
The first equation of system (3) shows that to determine the vector corresponding to a fixed value of the angle α 2 , in the general case it is enough to take measurements in five different orientations of the rotary table along the angle α 1 , we denote them -
We determine the optimal values of α
The fulfillment of this optimality criterion, which is used further, corresponds to the minimal influence of the measuring noise on the calculation of the desired vector values.
Нетрудно показать, что определитель (4) не зависит от выбора первого (начального) измерительного положения стола α
Структура матрицы H2(α2,φ) во втором уравнении системы (3) такова, что оно распадается на два независимых уравнения. По значениям a3, a4 можно определить составляющие ухода ωy , ωxy, ωyz. Для чего требуется произвести измерения не менее чем при двух значениях угла α2 - α
The structure of the matrix H 2 (α 2 , φ) in the second equation of system (3) is such that it decomposes into two independent equations. The values of a 3 , a 4 can determine the components of the departure ω y , ω xy , ω yz . Why do you need to measure at least two values of the angle α 2 - α
Очевидно, что оптимальная ориентация поворотного стола в данном случае может быть определена из условия максимума абсолютного значения следующего определителя. Obviously, the optimal orientation of the turntable in this case can be determined from the condition of the maximum absolute value of the next determinant.
Максимум в выражении (6) не зависит от выбора первого измерительного положения α
Главное значение угла в выражении (7) дает оптимальный набор для разделения ωy, ωxy, ωyz при двух положениях поворотного стола по углу α2:
α
Для разделения составляющих ухода ωo, ωx, ωz, ωxz, ωyy, ωzz по значениям a1, a2, a5 двух измерительных положений по углу α2 недостаточно, так как соответствующий определитель равен нулю при любых значениях углов α
Данное свойство матрицы H2(α2,φ) делает необходимым для разделения составляющих ухода ωo, ωx, ωz, ωxz, ωyy, ωzz проводить измерения в трех положениях поворотного стола по углу α2 - α
Максимум в выражении (10) также не зависит от выбора первого измерительного положения определяется только углами переориентации поворотного стола и достигается при следующих значениях углов переориентации:
Главные значения в выражениях (11) дают две группы оптимальных углов ориентации поворотного стола по углу α2:
Первая группа углов не удовлетворяет условию максимума абсолютной величины определителя
выполнение которого необходимо для оптимального разделения всей группы составляющих ухода ωo, ωx, ωz, ωxz, ωyy, ωzz, а вторая группа удовлетворяет условию (13) и является искомым оптимальным набором углов. Данный набор углов α2(α
а набор оптимальных углов по α1 естественно остается без изменений
(14)
Выражения (14) задают 20 измерительных положений поворотного стола, обеспечивающих с максимальной точностью калибровку всех 9 составляющих ухода гироскопа по предлагаемому способу. Эта программа измерений имеет значительную избыточность, которая может быть также использована для повышения точности калибровки.
The maximum in expression (6) does not depend on the choice of the first measuring position α
The main value of the angle in expression (7) gives the optimal set for the separation of ω y , ω xy , ω yz for two positions of the turntable in the angle α 2 :
α
To separate the care components ω o , ω x , ω z , ω xz , ω yy , ω zz according to the values a 1 , a 2 , a 5, two measuring positions in the angle α 2 are not enough, since the corresponding determinant is zero for any values of the angles α
This property of the matrix H 2 (α 2 , φ) makes it necessary to measure in three positions of the turntable along the angle α 2 - α to separate the care components ω o , ω x , ω z , ω xz , ω yy , ω zz
The maximum in expression (10) also does not depend on the choice of the first measuring position it is determined only by the angles of reorientation of the turntable and is achieved with the following values of the angles of reorientation:
The main values in expressions (11) give two groups of optimal angles of orientation of the turntable in angle α 2 :
The first group of angles does not satisfy the condition of the maximum absolute value of the determinant
the fulfillment of which is necessary for the optimal separation of the entire group of departure components ω o , ω x , ω z , ω xz , ω yy , ω zz , and the second group satisfies condition (13) and is the desired optimal set of angles. This set of angles α 2 (α
and the set of optimal angles with respect to α 1 naturally remains unchanged
(fourteen)
Expressions (14) specify 20 measuring positions of the rotary table, which ensure with maximum accuracy the calibration of all 9 components of the gyroscope departure using the proposed method. This measurement program has significant redundancy, which can also be used to improve calibration accuracy.
Проводить калибровку с использованием максимального числа измерений, пусть и оптимальных, не всегда рационально (например, с точки зрения минимизации трудозатрат и времени на калибровку). Очевидно, что число измерительных положений может быть уменьшено путем сокращения одного значения угла α2 в выражении (14). Тогда за оптимальный набор углов α2 целесообразно принять вторую группу выражения (12) или определить новую группу углов доставляющих максимум компромиссному критерию:
являющемуся композицией критериев (6) и (10).Calibration using the maximum number of measurements, albeit optimal, is not always rational (for example, from the point of view of minimizing labor costs and calibration time). Obviously, the number of measuring positions can be reduced by reducing one value of the angle α 2 in expression (14). Then for the optimal set of angles α 2 it is advisable to take the second group of expression (12) or define a new group of angles delivering a maximum of a compromise criterion:
which is a composition of criteria (6) and (10).
Нетрудно показать, что максимум в выражении (15) не зависит от выбора первого значения α
Зависимости (16) совместно с выражениями (5) определяют 15 субоптимальных измерительных положений поворотного стола:
Следует отметить, что реализация программы, задаваемой выражениями (17), обеспечивает отличие определителей det{ h48, h49} и det{h54, h55, h56} от максимальных значений не более 7 и 4% соответственно, что практически незначительно. Тем самым обеспечивается мягкий компромисс между точностью калибровки и числом измерительных положений, то есть удалось сократить количество измерительных положений с 20 до 15 без какой-либо существенной потери в точности калибровки. Кроме того, использование симметричных наборов измерительных положений (17) и наборов, задаваемых выражением (5) и второй группой выражений (12), имеет практическую ценность и в том, что позволяет в значительной степени компенсировать или выявить влияние на уход гироскопа факторов, не учтенных в модели (1). Вместе с тем и данные наборы, задающие программы из 15 измерительных положений, избыточны.It is easy to show that the maximum in expression (15) does not depend on the choice of the first value of α
Dependencies (16) together with expressions (5) determine 15 suboptimal measuring positions of the turntable:
It should be noted that the implementation of the program defined by expressions (17) ensures that the determinants det {h 48 , h 49 } and det {h 54 , h 55 , h 56 } differ from the maximum values of not more than 7 and 4%, respectively, which is practically insignificant . This ensures a soft compromise between calibration accuracy and the number of measuring positions, that is, it was possible to reduce the number of measuring positions from 20 to 15 without any significant loss in calibration accuracy. In addition, the use of symmetric sets of measuring positions (17) and sets specified by expression (5) and the second group of expressions (12) is of practical value in that it allows you to significantly compensate or reveal the effect on factors not taken into account in the gyroscope care in the model (1). At the same time, these sets defining programs of 15 measuring positions are redundant.
Определим минимальный набор измерительных положений, обеспечивающий калибровку гироскопа по предлагаемому способу. Нетрудно видеть, что если развернуть поворотный стол вокруг оси Мира на 90o (α1 = 90o), то проекция вектора ускорения силы тяжести на входную ось гироскопа будет равна нулю (hy = 0). Управляя далее только углом α2, можно реализовать положения поворотного стола, в которых входная ось и ось собственного вращения гироскопа попеременно совпадают с направлением силы тяжести или имеют противоположное направление. В данных положениях всегда две проекции единичной перегрузки будут равны нулю, что делает возможным определение четырех составляющих модели ухода гироскопа (1).We define the minimum set of measuring positions that provides calibration of the gyroscope according to the proposed method. It is easy to see that if you rotate the turntable around the axis of the World by 90 o (α 1 = 90 o ), then the projection of the acceleration vector of gravity on the input axis of the gyroscope will be zero (h y = 0). Further controlling only the angle α 2 , it is possible to realize the positions of the turntable in which the input axis and the axis of proper rotation of the gyroscope alternately coincide with the direction of gravity or have the opposite direction. In these positions, always two projections of a single overload will be equal to zero, which makes it possible to determine the four components of the gyroscope exit model (1).
Действительно, из чертежа следует, что при α2 = φ - π, входная ось и ось собственного вращения гироскопа ортогональны вектору ускорения силы тяжести (hy = 0, hz = 0), а выходная ось занимает положения: по направлению вектора α2 = φ); противоположное направление к вектору α2 = φ - π). . Тогда выражение (1) принимает следующий вид:
(18)
Из уравнений (18) ясно определяются составляющие ухода ωo и ωx. При значениях углов входная и выходная оси гироскопа ортогональны вектору а ось собственного вращения занимает положения: по направлению вектора противоположное направление к вектору Из выражения (1) имеем:
Используя полученное из уравнений (18) значение ωo, по уравнениям (19) легко определить ωz и ωzz.
Таким образом, в четырех положениях поворотного стола при α
где
- вектор калибруемых составляющих ухода гироскопа;
- вектор коррекции вектора коэффициентов Фурье по откалиброванным значениям составляющих ухода гироскопа ωo, ωx, ωz, ωzz;
H
Матрица H
и обеспечивает на наборе углов вида (5) раздельное определение составляющих ухода ωxz, ωyy, ωxy, а составляющие ухода ωy и ωyz находятся в линейной комбинации Легко видеть, что для разделения полученной комбинации нужно использовать измерение в таком положении поворотного стола, когда hz = 0, а ny ≠ 0. Это положение может быть задано следующими углами α1 = 0, при которых hx = sinφ, hy = cosφ, nz = 0 и выражение (1) имеет одно неизвестное ωy и записывается так:
Вычисленное из уравнения (22) значение ωy разрешает полученную ранее комбинацию относительно последней неизвестной составляющей ухода ωyz; в результате оказываются определенными все девять составляющих ухода гироскопа с использованием десяти измерительных положений.Indeed, from the drawing it follows that for α 2 = φ - π, the input axis and the axis of proper rotation of the gyroscope are orthogonal to the acceleration vector of gravity (h y = 0, h z = 0), and the output axis occupies the positions: in the direction of the vector α 2 = φ); opposite direction to the vector α 2 = φ - π). . Then the expression (1) takes the following form:
(18)
From the equations (18), the departure components ω o and ω x are clearly determined. At angles input and output axis of the gyroscope are orthogonal to the vector and the axis of proper rotation occupies the position: in the direction of the vector opposite direction to the vector From the expression (1) we have:
Using the value of ω o obtained from equations (18), it is easy to determine ω z and ω zz from equations (19).
Thus, in the four positions of the turntable for α
Where
- the vector of calibrated components of the care of the gyroscope;
is the vector of correction of the vector of Fourier coefficients according to the calibrated values of the components of the departure of the gyroscope ω o , ω x , ω z , ω zz ;
H
Matrix H
and provides a separate definition of the departure components ω xz , ω yy , ω xy on the set of angles of the form (5), and the departure components ω y and ω yz are in a linear combination It is easy to see that to separate the resulting combination, you need to use the measurement in the position of the turntable, when h z = 0, and n y ≠ 0. This position can be specified by the following angles α 1 = 0, for which h x = sinφ, h y = cosφ, n z = 0 and expression (1) has one unknown ω y and is written as follows:
The value of ω y calculated from equation (22) allows the previously obtained combination relative to the last unknown departure component ω yz ; as a result, all nine components of the gyroscope exit are determined using ten measuring positions.
Следует отметить, что точность калибровки гироскопа на 10 данных измерительных положений будет выше, чем у известных способов калибровки (см. У. Ригли, У. Холлистер, У. Дернхард. Теория, проектирования и испытания гироскопов) не только из-за отсутствия ограничений на модель погрешности гироскопа, но и благодаря тому, что определение составляющих ухода при α2 = 0 производится в схожих условиях с известными способами, а определение составляющих из уравнений (18), (19), (22) производится при максимальных значениях соответствующих определителей.It should be noted that the accuracy of the gyroscope calibration by 10 of these measurement positions will be higher than that of the known calibration methods (see W. Wrigley, W. Hollister, W. Dernhard. Theory, design and testing of gyroscopes) not only because of the absence of restrictions on a model of the gyroscope error, but also due to the fact that the components of care are determined for α 2 = 0 under similar conditions with known methods, and the components are determined from equations (18), (19), (22) at the maximum values of the corresponding determinants.
Анализ матриц H1(α1), H2(α2,φ) показывает, что не существует девяти измерительных положений, которые позволяют раздельно определить все составляющие ухода гироскопа по способам, требующим ортогональности входной оси гироскопа к оси Мира в процессе выполнения всей программы измерений, то есть десять измерительных положений являются минимально возможным числом.The analysis of the matrices H 1 (α 1 ), H 2 (α 2 , φ) shows that there are no nine measuring positions that allow one to separately determine all the components of the gyroscope departure by methods requiring orthogonality of the input axis of the gyroscope to the axis of the World during the entire program measurements, i.e. ten measurement positions are the smallest possible number.
В предлагаемом способе на 10 измерительных положениях производится полная калибровка всех составляющих ухода гироскопа без накладывания каких-либо ограничений на модель ухода гироскопа с точностью, превышающей точность калибровки в известных способах. In the proposed method at 10 measuring positions, a complete calibration of all components of the gyroscope care is performed without imposing any restrictions on the gyroscope care model with an accuracy exceeding the calibration accuracy in the known methods.
Таким образом, предложенный способ калибровки гироскопов включает однократную выставку исследуемого гироскопа на поворотном столе входной осью ортогонально оси Мира, задание нескольких измерительных положений путем вращений поворотного стола вокруг оси Мира и вокруг входной оси гироскопа на фиксированные углы, при этом входная ось гироскопа всегда остается ортогональной оси Мира и число различных значений угла поворота вокруг входной оси гироскопа - больше двух, измерение суммарного ухода в данных измерительных положениях, определение составляющих ухода гироскопа по совокупности данных, полученных по измерениям суммарного ухода в измерительных положениях поворотного стола. Способ обеспечивает полную калибровку гироскопа, снижает трудоемкость калибровки путем сокращения операций выставки гироскопа относительно оси Мира, не имеет ограничений на модель ухода гироскопа, повышает точность калибровки путем проведения измерений в оптимальных положениях поворотного стола и за счет рациональной избыточности, может быть реализован на минимальном наборе измерительных положений без потери отличительных эффективных свойств. Практическая реализация предлагаемого способа может быть осуществлена на поворотном столе, обеспечивающем задание программы измерений по предлагаемому способу, который может быть построен, например, путем использования карданового подвеса трехосного гиростабилизатора. Thus, the proposed method for calibrating gyroscopes includes a single exposure of the studied gyroscope on the turntable with the input axis orthogonal to the axis of the world, setting several measurement positions by rotating the turntable around the axis of the world and around the input axis of the gyroscope at fixed angles, while the input axis of the gyroscope always remains orthogonal to the axis World and the number of different values of the angle of rotation around the input axis of the gyroscope - more than two, the measurement of the total departure in these measuring positions, determine the components of the gyroscope care from the totality of the data obtained from the measurements of the total care in the measuring positions of the turntable. The method provides a complete calibration of the gyroscope, reduces the complexity of the calibration by reducing the operations of exhibiting the gyroscope relative to the axis of the world, has no restrictions on the model of care of the gyroscope, increases the accuracy of calibration by making measurements in the optimal positions of the turntable and due to rational redundancy, can be implemented on a minimum set of measuring positions without loss of distinctive effective properties. Practical implementation of the proposed method can be carried out on a rotary table, providing the task of the measurement program for the proposed method, which can be built, for example, by using a cardan suspension of a triaxial gyrostabilizer.
Claims (3)
где α
α
where α
α
α
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при задании измерительных положений углы α1 и α2 принимают следующие значения:
α
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что 10 измерительных положений задают следующими значениями углов α1 и α2:
где φ - широта места установки поворотного стола.3. The method according to p. 1, characterized in that when setting the measuring positions, the angles α 1 and α 2 take the following values:
α
4. The method according to p. 1, characterized in that when setting the measuring positions, the angles α 1 and α 2 take the following values:
α
5. The method according to p. 1, characterized in that 10 measuring positions are set by the following values of the angles α 1 and α 2 :
where φ is the latitude of the turntable installation site.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97101784A RU2121134C1 (en) | 1997-02-05 | 1997-02-05 | Process of calibration of gyroscopes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97101784A RU2121134C1 (en) | 1997-02-05 | 1997-02-05 | Process of calibration of gyroscopes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2121134C1 true RU2121134C1 (en) | 1998-10-27 |
RU97101784A RU97101784A (en) | 1999-02-20 |
Family
ID=20189688
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97101784A RU2121134C1 (en) | 1997-02-05 | 1997-02-05 | Process of calibration of gyroscopes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2121134C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2509980C2 (en) * | 2008-11-28 | 2014-03-20 | Сажем Дефанс Секюрите | Calibration of vibration gyroscope |
RU2555515C1 (en) * | 2014-01-10 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Adjustment method of strapdown inertial positioning system |
RU2803878C2 (en) * | 2021-12-20 | 2023-09-21 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Method for calibrating errors of inertial measuring unit based on laser gyroscopes using a dynamic bench |
-
1997
- 1997-02-05 RU RU97101784A patent/RU2121134C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ригли У. и др. Теория, проектирование и испытания гироскопов. - М.: Мир, 1972, с. 369, 382-383. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2509980C2 (en) * | 2008-11-28 | 2014-03-20 | Сажем Дефанс Секюрите | Calibration of vibration gyroscope |
RU2555515C1 (en) * | 2014-01-10 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество "Пермская научно-производственная приборостроительная компания" | Adjustment method of strapdown inertial positioning system |
RU2803878C2 (en) * | 2021-12-20 | 2023-09-21 | Публичное акционерное общество Арзамасское научно-производственное предприятие "ТЕМП-АВИА" | Method for calibrating errors of inertial measuring unit based on laser gyroscopes using a dynamic bench |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106969783B (en) | Single-axis rotation rapid calibration technology based on fiber-optic gyroscope inertial navigation | |
CN102692239B (en) | Fiber optic gyroscope eight-position calibration method based on rotating mechanism | |
Geist et al. | Gravity-based characterization of three-axis accelerometers in terms of intrinsic accelerometer parameters | |
JP2004264240A (en) | Misalignment measuring method for inertial system | |
RU2121134C1 (en) | Process of calibration of gyroscopes | |
RU2717566C1 (en) | Method of determining errors of an inertial unit of sensitive elements on a biaxial rotary table | |
Nikolaev et al. | Strapdown inertial navigation system calibration | |
RU2176780C1 (en) | Method for determination of true course with the aid of two-channel gyroscopic angular-rate sensor | |
RU2280840C2 (en) | Method of calibration of gyros | |
RU2599182C1 (en) | Method of determining scaling factors of triaxial laser gyroscope | |
RU2204806C1 (en) | Method of calibration of gyros | |
RU2205367C1 (en) | Method of calibration of gyroscopes | |
RU2788825C1 (en) | Calibration method of a three-axis electronic magnetic compass | |
JPH04259872A (en) | Correcting method of measured value of magnetic field of triaxial magnetometer | |
Estes et al. | Improvement of Azimuth accuracy by use of iterative total field calibration technique and compensation for system environment effects | |
US3127509A (en) | Electrical analog dip computer | |
RU2130118C1 (en) | Gyroscopic inclinometer | |
Schwarz | Inertial Surveying Systems—Experience and Prognosis | |
RU2759502C1 (en) | Method for determining azimuth using angular velocity sensor | |
RU2210740C1 (en) | Method of gyrocompassing with use of gyroscopic transmitter of angular velocity mounted on platform controlled by azimuth and stabilized in plane of local horizon | |
Vodicheva et al. | Error analysis technique for indirect method of calibration of a strapdown inertial measurement unit | |
Nikolaev et al. | Identification modeling of inertial sensors' parameters of strapdown inertial navigation systems | |
RU2810893C1 (en) | Method for calibrating precision angular velocity sensors taking into account annual angular orbital velocity of the earth | |
RU2110767C1 (en) | Method of analytic gyrocompassing with aid of gyroscopic transmitter of angular speed | |
RU2194948C1 (en) | Method of algorithm compensation of error of gyrocompassing by means of angular-rate sensor |