RU2249793C2 - Method of calibrating accelerometers - Google Patents
Method of calibrating accelerometers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2249793C2 RU2249793C2 RU2002121700/28A RU2002121700A RU2249793C2 RU 2249793 C2 RU2249793 C2 RU 2249793C2 RU 2002121700/28 A RU2002121700/28 A RU 2002121700/28A RU 2002121700 A RU2002121700 A RU 2002121700A RU 2249793 C2 RU2249793 C2 RU 2249793C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- horizontal
- accelerometer
- platform
- turning
- positive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гироприборостроения и может быть использовано в трехосных гироскопических стабилизаторах инерциальных систем (ИНС) и гирогоризонткомпасов (ГГК).The invention relates to the field of gyro-instrument engineering and can be used in triaxial gyroscopic stabilizers of inertial systems (ANNs) and gyrohorizontal compasses (GGK).
Известен способ определения масштабного коэффициента горизонтного акселерометра, оси чувствительности которого совпадают с горизонтальными осями платформы гиростабилизатора, заключающийся в включении акселерометра и выдержке интервала времени, необходимого для достижения установившегося теплового и электромагнитного состояния, последовательном развороте корпуса акселерометра относительно начального положения вокруг горизонтальной оси на заданный угол ψ1 в положительном, а затем на заданный угол ψ2 в отрицательном направлении, механической фиксации корпуса акселерометра и измерении его сигналов U1, U2 в каждом положении, вычислении масштабного коэффициента по разности измерений в соответствии с формулойThere is a method of determining the scale factor of a horizontal accelerometer, the sensitivity axes of which coincide with the horizontal axes of the gyrostabilizer platform, which consists in turning on the accelerometer and holding the time interval necessary to achieve a steady thermal and electromagnetic state, and sequentially turning the accelerometer body relative to the initial position around the horizontal axis by a given angle ψ 1 in the positive, and then at a given angle ψ 2 in the negative direction, mechanical fixation of the accelerometer case and measuring its signals U 1 , U 2 in each position, calculating the scale factor from the measurement difference in accordance with the formula
K=(U1-U2)/(ψ1+ψ2)g,K = (U 1 -U 2 ) / (ψ 1 + ψ 2 ) g,
где g - величина ускорения силы тяжести.where g is the value of the acceleration of gravity.
(См., например, С.Ф.Коновалов, Б.С.Коновалов, Д.В.Майоров, Г.М.Новоселов, А.В.Полинков, А.А.Трунов. Автоматическое оборудование для испытаний акселерометров, сборник 4 Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. Май, 1997 г., с.223, ISB №5-900780-13-9.)(See, for example, S.F.Konovalov, B.S.Konovalov, D.V. Mayorov, G.M. Novoselov, A.V. Polinkov, A.A. Trunov. Automatic equipment for testing accelerometers, collection 4 St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems. May, 1997, p.223, ISB No. 5-900780-13-9.)
Указанный способ позволяет исключить влияние адитивных составляющих погрешности акселерометра, вызванных начальным отклонением оси чувствительности относительно плоскости горизонта ψ0 и дрейфом нуля Wo, что поясняется нижеследующим.The specified method allows to exclude the influence of the additive components of the error of the accelerometer caused by the initial deviation of the sensitivity axis relative to the horizon plane ψ 0 and zero drift Wo, which is explained below.
При наличии отмеченных погрешностей сигнал акселерометра определяется выражениемIn the presence of marked errors, the accelerometer signal is determined by the expression
где W=gψ - проекция ускорения силы тяжести на ось чувствительности акселерометра, вызванного поворотом корпуса акселерометра на угол ψ относительно начального положения.where W = gψ is the projection of the acceleration of gravity on the axis of sensitivity of the accelerometer caused by the rotation of the accelerometer body by an angle ψ relative to the initial position.
Сигналы акселерометра в двух заданных положениях определяются выражениямиAccelerometer signals in two preset positions are determined by the expressions
Разность этих сигналов позволяет исключить влияние адитивных погрешностей на вычисление масштабного коэффициента.The difference of these signals eliminates the influence of additive errors on the calculation of the scale factor.
При реализации указанного способа в трехосном стабилизаторе для осуществления механического разворота и фиксации его платформы с акселерометрами необходимо снять герметичные тепловые и электромагнитные экраны платформы и отключить системы термостабилизации, стабилизации, разгона гиромоторов, управления токами датчиков момента гироблоков, что приводит к резкому изменению структуры тепловых и электромагнитных полей в месте установки акселерометров. Изменение тепловых и электромагнитных условий в месте установки акселерометра вызывает нестабильность масштабного коэффициента, величина которой по данным технических условий наиболее известных отечественных акселерометров приведена в таблице №1.When implementing this method in a triaxial stabilizer, for performing a mechanical turn and fixing its platform with accelerometers, it is necessary to remove the sealed thermal and electromagnetic screens of the platform and turn off the systems of thermal stabilization, stabilization, acceleration of gyromotors, and control of currents of torque sensors of gyroblocks, which leads to a sharp change in the structure of thermal and electromagnetic fields at the installation site of the accelerometers. Changes in thermal and electromagnetic conditions at the installation site of the accelerometer cause instability of the scale factor, the value of which, according to the technical conditions of the most famous domestic accelerometers, is given in table No. 1.
Таким образом, недостатком известного способа определения масштабного коэффициента акселерометра при его реализации в трехосном гиростабилизаторе является появление дополнительных погрешностей определения коэффициента из-за изменения температурных и электромагнитных условий, то есть ухудшение точности калибровки.Thus, the disadvantage of the known method for determining the scale factor of the accelerometer when it is implemented in a triaxial gyrostabilizer is the appearance of additional errors in determining the coefficient due to changes in temperature and electromagnetic conditions, that is, a deterioration in the accuracy of calibration.
Целью изобретения является повышение точности определения масштабного коэффициента акселерометра за счет сохранения структуры тепловых и электромагнитных полей в месте установки.The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the scale factor of the accelerometer by maintaining the structure of thermal and electromagnetic fields at the installation site.
Поставленная цель достигается тем, что перед включением акселерометра, выдержкой интервала времени, необходимого для достижения установившегося теплового и электромагнитного состояния, последовательным разворотом платформы гиростабилизатора с установленным акселерометром относительно начального положения вокруг горизонтальной оси сначала в положительном, а затем в отрицательном направлении, измерением сигналов горизонтных акселерометров U1 и U2 в каждом положении и вычислением масштабного коэффициента горизонтного акселерометра по разности измерений в соответствии с формулой:This goal is achieved by the fact that before turning on the accelerometer, holding the time interval necessary to achieve a steady thermal and electromagnetic state, sequentially turning the gyrostabilizer platform with the accelerometer installed relative to the initial position around the horizontal axis, first in the positive and then in the negative direction, measuring the signals of horizontal accelerometers U 1 and U 2 in each position, and calculating the scaling factor gorizontnogo akseleromet and for difference measurement according to the formula:
дополнительно включают системы термостабилизации, стабилизации, разгона гиромоторов, управления токами датчиков момента гироскопов, согласовывают горизонтальные оси платформы с горизонтальными осями карданова подвеса, на которых установлены датчики углов качек, путем подачи тока в датчик момента азимутального, управляющего движением платформы вокруг вертикальной оси гироскопа, включают режим горизонтирования, при котором токи в датчиках момента горизонтных гироскопов пропорциональны сигналам соответствующих горизонтных акселерометров, осуществляют разворот и фиксацию платформы в положительном и отрицательном направлении осуществляют путем подачи постоянного тока положительной, а затем отрицательной величины в датчик момента соответствующего горизонтного гироскопа и измеряют сигнал соответствующего датчика угла качки при повороте в положительном и отрицательном направлении, при соответствующих углах поворота ψ1, и ψ2.additionally include systems of thermal stabilization, stabilization, acceleration of gyromotors, current control of gyroscope moment sensors, coordinate the horizontal axis of the platform with the horizontal axles of the gimbal, on which the angle sensors are installed, by supplying current to the azimuthal moment sensor, which controls the movement of the platform around the vertical axis of the gyroscope, include leveling mode, in which the currents in the moment sensors of horizontal gyroscopes are proportional to the signals of the corresponding horizontal accelerators meters performed turn and the platform locking in the positive and the negative direction is performed by applying a DC positive and then negative value in the torque sensor corresponding gorizontnogo gyro and measured signal corresponding angle sensor pitching when turning in the positive and negative directions, at respective rotation angles ψ 1 , and ψ 2 .
Теоретическое обоснование заявляемого способа заключается в следующем.The theoretical justification of the proposed method is as follows.
После включения системы термостабилизации, стабилизации разгона гиромоторов, управления токами датчиков момента гироскопов трехосного гиростабилизатора на платформе гиростабилизатора устанавливаются тепловые и электромагнитные поля и она, с точностью до дрейфов, сохраняет первоначальное положение относительно инерциального пространства и может управляться подачей токов в датчики момента соответствующих гироскопов. Согласование горизонтальных осей платформы, с которыми совпадают оси чувствительности горизонтных акселерометров, с горизонтальными осями карданева подвеса, по которым установлены датчики углов качек, осуществляется подачей тока в датчик момента азимутального гироскопа, управляющего движением платформы гиростабилизатора вокруг верикальной оси. Подача тока прекращается, когда сигнал с курсового датчика угла на вертикальной оси карданова подвеса станет близким нулю, т.е. когда горизонтные оси платформы и карданова подвеса будут совпадать.After turning on the thermal stabilization system, stabilizing the acceleration of the gyromotors, and controlling the current sensors of the gyroscope moment sensors of the three-axis gyrostabilizer, thermal and electromagnetic fields are established on the gyrostabilizer platform and it, up to drifts, maintains its original position relative to the inertial space and can be controlled by supplying currents to the moment sensors of the corresponding gyroscopes. Coordination of the horizontal axes of the platform, with which the sensitivity axes of the horizontal accelerometers coincide, with the horizontal axes of the cardan suspension, along which the angle sensors are installed, is carried out by supplying current to the moment sensor of the azimuthal gyroscope, which controls the movement of the gyro stabilizer platform around the vertical axis. The current supply stops when the signal from the directional angle sensor on the vertical axis of the cardan suspension becomes close to zero, i.e. when the horizontal axis of the platform and the gimbal will coincide.
После включения акселерометра и режима горизонтирования, при котором ток I в датчике момента горизонтного гироскопа пропорционален сигналу "U" соответствующего акселерометра, угловая скорость управления вокруг соответствующей горизонтной оси и платформы Ω определяется выражением:After turning on the accelerometer and the leveling mode, in which the current I in the horizontal gyroscope moment sensor is proportional to the "U" signal of the corresponding accelerometer, the angular control speed around the corresponding horizontal axis and platform Ω is determined by the expression:
где Kg - масштабный коэффициент датчика момента,where K g is the scale factor of the torque sensor,
Н - кинетический момент гироскопа,N is the kinetic moment of the gyroscope,
Ку - коэффициент управления,To y - control coefficient,
Io - постоянный ток, подаваемый в датчик момента.I o - direct current supplied to the torque sensor.
Движение платформы вокруг горизонтальной оси по углу ψ в любой момент времени определяется дифференциальным уравнением:The movement of the platform around the horizontal axis along the angle ψ at any time is determined by the differential equation:
где ω - проекция угловой скорости Земли на горизонтальную ось,where ω is the projection of the angular velocity of the Earth on the horizontal axis,
Р - дрейф гироскопа.P is the gyro drift.
После подачи постоянного тока Iо платформа начинает разворачиваться вокруг горизонтальной оси с угловой скоростью , сигнал акселерометра U увеличивается, платформа заканчивает разворот и фиксируется в положении равновесия, при котором =0, сигнал акселерометра U1 при этом определяется из выражения (5) с учетом выражения (4)After applying direct current I about the platform begins to turn around a horizontal axis with an angular velocity , the accelerometer signal U increases, the platform completes the turn and is fixed in the equilibrium position, in which = 0, the accelerometer signal U 1 is determined from the expression (5) taking into account the expression (4)
Выражение (6) показывает, что, изменяя знак и величину постоянного тока Iо, подаваемого в датчик момента горизонтного гироскопа, можно изменять знак и величину сигнала акселерометра, т.е. поворачивать платформу вместе с акселерометром относительно горизонта в положительном и отрицательном направлении на разные углы. При этом измеряемые сигналы акселерометра при положительном и отрицательном повороте определяются выражениями (2), а соответствующие им углы поворота ψ1 и ψ2 измеряются соответствующим датчиком угла качки.Expression (6) shows that by changing the sign and magnitude of the direct current Io supplied to the moment sensor of a horizontal gyroscope, it is possible to change the sign and magnitude of the accelerometer signal, i.e. rotate the platform with the accelerometer relative to the horizon in the positive and negative directions at different angles. In this case, the measured signals of the accelerometer with positive and negative rotation are determined by expressions (2), and the corresponding rotation angles ψ 1 and ψ 2 are measured by the corresponding pitch angle sensor.
Разность сигналов U1 и U2 позволяет вычислить масштабный коэффициент акселерометра в соответствии с выражением (3).The difference of the signals U 1 and U 2 allows you to calculate the scale factor of the accelerometer in accordance with expression (3).
Дополнительная погрешность определения масштабного коэффициента ΔК предлагаемого способа калибровки возникает из-за погрешности Δψ измерения углов ψ1, ψ2 датчиком угла качки. Эта погрешность, полученная из выражения (3), имеет вид:An additional error in determining the scale factor ΔK of the proposed calibration method occurs due to the error Δψ of measuring the angles ψ 1 , ψ 2 by the pitch angle sensor. This error obtained from expression (3) has the form:
Для используемых в современных гиростабилизаторах двухотсчетных вращающихся трансформаторов типа ВТ 100 или СКТД-261 величина Δψ=20". (Для цифровых датчиков и индуктосинов эта величина еще меньше).For double-counting rotating transformers of the VT 100 or SKTD-261 type used in modern gyrostabilizers, the value is Δψ = 20 ". (For digital sensors and inductosines, this value is even smaller).
Тогда при наклоне акселерометра на угол 10-20° величина Δψ/ψ=(0,05-0,025)% и дополнительная погрешность определения масштабного коэффициента акселерометра предлагаемым методом будет в 2-4 раза меньше, чем погрешности способа прототипа, характеризующаяся приведенными в таблице 1 значениями нестабильностей.Then, when the accelerometer is tilted at an angle of 10–20 °, the value Δψ / ψ = (0.05-0.025)% and the additional error in determining the scale factor of the accelerometer by the proposed method will be 2–4 times less than the errors of the prototype method, which is described in table 1 values of instabilities.
Операции предлагаемого способа калибровки реализуются при регулировке ИНС или ГГК, построенного на базе любого трехосного гиростабилизатора.The operations of the proposed calibration method are implemented when adjusting the ANN or GGK, built on the basis of any triaxial gyrostabilizer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002121700/28A RU2249793C2 (en) | 2002-08-06 | 2002-08-06 | Method of calibrating accelerometers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002121700/28A RU2249793C2 (en) | 2002-08-06 | 2002-08-06 | Method of calibrating accelerometers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002121700A RU2002121700A (en) | 2004-03-20 |
RU2249793C2 true RU2249793C2 (en) | 2005-04-10 |
Family
ID=35612034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002121700/28A RU2249793C2 (en) | 2002-08-06 | 2002-08-06 | Method of calibrating accelerometers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2249793C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2509981C2 (en) * | 2008-11-28 | 2014-03-20 | Сажем Дефанс Секюрите | Calibration of gyroscopic systems with vibration gyroscopes |
RU2527140C2 (en) * | 2009-10-26 | 2014-08-27 | Лэйка Геосистемс Аг | Calibration of inertial transducers |
RU2577806C1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method of calibrating accelerometric three-axis inclinometer |
RU2753150C1 (en) * | 2020-11-27 | 2021-08-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Method for scalar calibration of accelerometer unit |
RU2758891C1 (en) * | 2020-11-27 | 2021-11-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Method for combined calibration of the accelerometer block |
-
2002
- 2002-08-06 RU RU2002121700/28A patent/RU2249793C2/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КОНОВАЛОВ С.Ф. и др. Автоматическое оборудование для испытания акселерометров. Сборник 4 Санкт-Петербургской Международной конференции по интегрированным навигационным системам. Май, 1997, с.223, 15В №5-900780-13-9. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2509981C2 (en) * | 2008-11-28 | 2014-03-20 | Сажем Дефанс Секюрите | Calibration of gyroscopic systems with vibration gyroscopes |
RU2527140C2 (en) * | 2009-10-26 | 2014-08-27 | Лэйка Геосистемс Аг | Calibration of inertial transducers |
RU2577806C1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-03-20 | Открытое акционерное общество "Радиоавионика" | Method of calibrating accelerometric three-axis inclinometer |
RU2753150C1 (en) * | 2020-11-27 | 2021-08-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Method for scalar calibration of accelerometer unit |
RU2758891C1 (en) * | 2020-11-27 | 2021-11-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Method for combined calibration of the accelerometer block |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002121700A (en) | 2004-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5068531B2 (en) | Method and system for improving the accuracy of inertial navigation measurements using measured and stored gravity gradients | |
CN107655493B (en) | SINS six-position system-level calibration method for fiber-optic gyroscope | |
CN104316055B (en) | A kind of double-wheel self-balancing robot attitude algorithm method based on improved expanded Kalman filtration algorithm | |
US4800501A (en) | Vehicle land navigating device | |
RU2324897C1 (en) | Azimuthal orientation of free gyro platform by precession angle of gyro unit | |
CN110621961A (en) | Low cost inertial navigation system | |
US3537307A (en) | Self-compensated pendulous inertial reference apparatus for vehicles | |
US4275605A (en) | Acceleration sensitive gyroscope stabilized platform | |
RU2249793C2 (en) | Method of calibrating accelerometers | |
RU2509289C2 (en) | Azimuthal orientation of platform of triaxial gyrostabiliser by increments of angle of gyroblock precession | |
US20130312518A1 (en) | Inertial unit having vibrating gyros mounted on a carousel, and an angle-measurement method | |
RU2541710C1 (en) | Method of independent azimuthal orientation of platform of three-axis gyrostabiliser on movable base | |
RU2608337C1 (en) | Method of three-axis gyrostabilizer stabilized platform independent initial alignment in horizontal plane and at specified azimuth | |
RU2550592C1 (en) | Stabiliser gyrocompass | |
CN111141285A (en) | Aviation gravity measuring device | |
RU2320963C2 (en) | Mode of mounting axles of mobile object | |
RU2156959C1 (en) | Process of calibration of gyroscopic measuring devices of angular velocity | |
JP2000249552A (en) | Method and device for searching north | |
RU2339002C1 (en) | Method of evaluation of navigation parameters of operated mobile objects and related device for implementation thereof | |
WO2021012635A1 (en) | Gyroscope information-based inertial navigation method | |
RU2509979C1 (en) | Method of autonomous azimuthal orientation of platform of three-axial gyrostabiliser by varying points of correction | |
RU2711572C1 (en) | Method for independent determination of three-axis gyrostabilizer platform departures | |
JPS63275913A (en) | Inclinometer | |
RU2130588C1 (en) | Method of measuring magnetic heading of mobile object | |
RU2787651C1 (en) | A method for determining the drift of a gyrostabilized platform caused by torsional vibrations of the base of the device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160807 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190222 |