RU2280840C2 - Способ калибровки гироскопов - Google Patents

Способ калибровки гироскопов Download PDF

Info

Publication number
RU2280840C2
RU2280840C2 RU2004131154/28A RU2004131154A RU2280840C2 RU 2280840 C2 RU2280840 C2 RU 2280840C2 RU 2004131154/28 A RU2004131154/28 A RU 2004131154/28A RU 2004131154 A RU2004131154 A RU 2004131154A RU 2280840 C2 RU2280840 C2 RU 2280840C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gyroscope
axis
angles
rotation
calibration
Prior art date
Application number
RU2004131154/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2004131154A (ru
Inventor
Юрий Григорьевич Егоров (RU)
Юрий Григорьевич Егоров
Дмитрий Викторович Иванов (RU)
Дмитрий Викторович Иванов
Original Assignee
Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого filed Critical Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого
Priority to RU2004131154/28A priority Critical patent/RU2280840C2/ru
Publication of RU2004131154A publication Critical patent/RU2004131154A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2280840C2 publication Critical patent/RU2280840C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Orthopedics, Nursing, And Contraception (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано при аттестациях, проверках гироскопов в процессе лабораторных, заводских, приемосдаточных испытаний. Гироскоп устанавливают на двухосном наклонно-поворотном столе. Задают несколько измерительных положений путем разворота наклонно-поворотного стола на фиксированные углы таким образом, что в каждом положении измеряют суммарный уход гироскопа и проекции угловой скорости суточного вращения Земли. Определяют составляющие ухода гироскопа с исключением влияния вектора угловой скорости суточного вращения Земли. Техническим результатом является полная калибровка гироскопа, не требующая проведения высокоточных и дорогостоящих измерений широты места, азимутального направления и уклонения отвесной линии, снижение трудоемкости путем сокращения операций точной выставки наружной оси наклонно-поворотного стола ортогонально оси Мира в каждом измерительном положении, повышение точности калибровки путем проведения измерений в оптимальных положениях стола. 5 ил.

Description

Изобретение относится к гироскопическому приборостроению и может быть применено при калибровках (аттестациях, проверках) гироскопов в процессе лабораторных, заводских, приемосдаточных испытаний.
Известен способ калибровки гироскопов на двухосном наклонно-поворотном столе (НПС) [1] в котором выставка гироскопа проводится входной осью по внутренней оси НПС, ориентированной по отвесной линии, а взаимно ортогональную к ней наружную ось НПС выставляют в плоскость местного горизонта, вращают гироскоп на фиксированные углы: на угол α2 вокруг наружной оси НПС и на угол α1 вокруг внутренней оси НПС - таким образом, что для каждого измерительного положения (ИП) существует противоположное ИП, отличающееся значениями угла α2 или обоих углов α1 и α2 на 180 угловых градусов, в ИП измеряют суммарный уход гироскопа и проекцию УССВЗ на входную ось гироскопа, уходы гироскопа определяют по совокупности информации, полученной в ИП с исключением влияния проекции УССВЗ. Очевидно, что для проведения калибровки требуется в процессе измерений задавать значения угла α1(α2), при этом каждому такому значению соответствует противоположное положение α2(α1). Проведение операций по измерению на противоположных направлениях требует точной выставки на углы α1 и α2, отличающиеся от первоначальных на 180°. Погрешность выставки в ИП α1+180° и α2+180° приводит к появлению погрешности в определении составляющих угловой скорости ухода гироскопа. Кроме того, увеличивается время проведения измерений, число ИП, повышается нагрузка на электромеханический привод НПС.
С целью исключения недостатков, присущему известному способу калибровки, предлагается способ калибровки, в котором не требуется проведение измерений на противоположных направлениях в каждом измерительном положении (ИП). Поставленная цель достигается тем, что калибровка гироскопа включает выставку гироскопа на НПС, задание ИП путем вращения НПС на фиксированные углы относительно двух взаимно ортогонально расположенных наружной и внутренней осей, проведение измерений входных сигналов гироскопа в каждом ИП, определение составляющих ухода гироскопа по совокупности информации, полученной в процессе измерения входных сигналов гироскопа. При этом выставка гироскопа проводится входной осью по внутренней оси НПС, ориентированной по отвесной линии, а взаимно ортогональную к ней ось НПС выставляют в плоскости первого вертикала, ортогонально плоскости меридиан вращают гироскоп на фиксированные углы: на угол α2 вокруг наружной оси НПС и на угол α1 вокруг внутренней оси НПС, в каждом ИП измеряют суммарный уход гироскопа и проекцию угловой скорости суточного вращения Земли (УССВЗ) на входную ось гироскопа, уходы определяют по совокупности информации, полученной в ИП с исключением влияния УССВЗ.
При задании ИП углы α1 и α2 принимают следующие значения:
где
Figure 00000002
,
Figure 00000003
- начальные значения углов соответственно,
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- значения углов α1, α2 в других ИП.
Сравнительный анализ с известными техническими решениями показал, что новый способ отличается:
- выставкой взаимно ортогональной входной оси гироскопа наружной оси НПС в плоскость первого вертикала - ортогонально плоскости меридиана;
- отсутствием требований к проведению измерений в ИП таким образом, чтобы для каждого ИП существовало бы противоположное ИП, отличающееся значениями угла α2 или обоих углов α1, α2 на 180°;
- сокращением числа ИП, экономией ресурса электрического привода.
Следовательно, прелагаемый способ соответствует критерию «новизна». В результате реализации предложенного способа повышается точность калибровки, снижается трудоемкость проведения работ.
Существо предлагаемого способа калибровки поясняется следующим. Рассмотрим модель ухода гироскопа, коэффициенты которой наблюдаемы в поле тяжести Земли.
Figure 00000006
где ω - суммарный уход гироскопа;
ωX, ωY, ωZ - зависящие в первой степени от перегрузки составляющие ухода гироскопа;
ωXYηXηY+ωXZηXηZ+ωYZηYηZ+ωYYηY 2+ωZZηZ 2 - зависящие во второй степени от перегрузки составляющие ухода гироскопа;
ηX, ηY, ηZ - проекции единичной перегрузки на оси, связанные с гироскопом;
ОХ - выходная ось, OY - входная ось; OZ - ось собственного вращения гироскопа.
VBX - проекция вектора УССВЗ на входную ось гироскопа.
Данная модель показывает взаимосвязь суммарного ухода гироскопа с девятью составляющими ω0, ωX, ωY, ωZ, ωXY, ωXZ, ωYZ, ωYY, ωZZ и инструментальными погрешностями калибровки гироскопа, возникающими из-за действия на входную ось гироскопа проекции УССВЗ.
Примем, что калибровка проводится на НПС, показанном на фиг.1. Угол α1 - угол вращения гироскопа вокруг внутренней оси НПС, угол α2 - угол вращения гироскопа вокруг наружной оси НПС.
Положение гироскопа на НПС в начальный момент времени показано на фиг.2, где изображены ортогональный трехгранник (ТГ) XПОYПОZПО, моделирующий исходное положение осей НПС и географический ТГ NLE. Ось ON географического ТГ ориентирована на Север, ось ОЕ на Восток, ось OL противоположно направлению отвесной линии. Плоскость ZПОOYПО трехгранника XПОYПОZПО выставлена в горизонт, так что ось ОХПО выставлена в плоскость первого вертикала - ортогонально плоскости меридиана, при этом ее азимутальная выставка, задаваемая углом А (азимут оси ОХПО) относительно географического ТГ NLE составляет 90°, φ - широта места установки, g - вектор силы тяжести, V - вектор УССВЗ, VL, VN - вертикальная и горизонтальная составляющая УССВЗ соответственно. Угловое положение гироскопа в ходе калибровки по предлагаемому способу иллюстрируется на фиг.3., где показаны трехгранник XПОYПОZПО, характеризующие исходное положение НПС, трехгранник XYZ, связанный с исследуемым гироскопом в процессе калибровки. При проведении калибровки гироскоп поворачивают вокруг наружной оси НПС ОХПО на угол α2 и вокруг внутренней оси НПС OYПО, совпадающей со входной осью гироскопа на угол α1.
Процесс калибровки гироскопа представляет собой последовательное задание наборов углов α1, α2. Установим наборы углов α1(i) и α2(j)
Figure 00000007
на которых можно провести калибровку гироскопа по предлагаемому способу в соответствии с моделью (1), то есть число различных углов α1(i), α2(j) и их конкретные значения. Из фиг.2, 3 следует, что проекции единичной перегрузки по оси, связанные с гироскопом ηX, ηY, ηZ и проекция вектора УССВЗ на входную ось гироскопа определяются так:
Figure 00000008
При установке гироскопа на наклонно-поворотном столе будут иметь место ошибки, обусловленные воздействием проекции вектора УССВЗ: перекосы в осях стола, показанные на фиг.4, погрешности установки гироскопа на НПС, показанные на фиг.5. На фиг.4 представлены системы координат OXП1YП1ZП1 и OXП2YП2ZП2, характеризующие наличие перекосов в осях карданова подвеса стола. На фиг.5 представлены системы координат OX1Y1Z1 и OX2Y2Z2, характеризующие наличие перекосов в осях карданова подвеса стола.
При этом из фиг.4, 5 можно показать справедливость следующего соотношения
Figure 00000009
где:
Figure 00000010
,
Figure 00000011
- погрешности установки гироскопа на наклонно-поворотном столе;
Figure 00000012
,
Figure 00000013
- перекосы в осях наклонно-поворотного стола.
Используя уравнение (1) и выражения (2), (3) получим уравнение измерений для калибровки гироскопа в режиме датчика угловой скорости (ДУС) при некоторых значениях углов α1(i) и α2(j) из используемых наборов:
Figure 00000014
где kД - известный масштабный коэффициент ДУС;
I(i,j) - измеренное значение выходного сигнала ДУС в ИП, задаваемое углами α1(i), α2(j);
ηX(i,j), ηY(j), ηZ(i,j) - проекции единичной перегрузки в соответствии с выражениями (2) при α1=α1(i) и α2=α2(j).
Запишем уравнение (1) в векторно-матричной форме
Figure 00000015
где
Figure 00000016
- вектор калибруемых параметров, при этом
Figure 00000017
, что следует из формулы (4),
Figure 00000018
- матрица измерений размерности 1×5, определяемая тригонометрическими функциями угла вращения α2 вокруг наружной оси карданова подвеса.
Figure 00000019
- матрица измерения 5×12, определяемая тригонометрическими функциями углов вращения вокруг внутренней оси карданова подвеса, представленная на стр.7.
ω12(i,j)- измерения в задаче калибровки вектора
Figure 00000020
.
Определим минимальный набор и значения углов α2, достаточных для идентификации вектора
Figure 00000020
с минимальным влиянием измерительного шума на результаты калибровки. Данное условие будет выполняться при максимальном значении детерминанта матрицы М. Структура и вид матрицы
Figure 00000021
показывает, что минимальное значение углов α2(j), обеспечивающих идентификацию вектора
Figure 00000020
равно пяти и максимальным соответствующего им определителя матрицы наблюдений:
Figure 00000022
Figure 00000023
не зависит от выбора первого значения α2 и достигается на следующем наборе углов
Figure 00000024
Выражение (7) дает оптимальный набор углов α2 в программу калибровки по предлагаемой схеме задания ИП.
Определим оптимальный набор углов α1 для калибровки составляющих по углу α1. Из анализа структуры матрицы
Figure 00000019
очевидно, калибровка составляющих ухода ω0, ωXZ, ωYY, ωZZ будет оптимальной из условий максимума следующего определителя
Figure 00000025
Figure 00000026
Максимум в выражении (8) не зависит от выбора значения первого угла α1(1) и достигается на следующем главном наборе углов
Figure 00000027
Параметры
Figure 00000028
и ωX, ωY, d будут калиброваться одинаково из условия максимума определителя
Figure 00000029
который не зависит от выбора первого значения α1(i) и достигается на следующем наборе углов
Figure 00000030
Калибровка параметров ωXY, ωYZ осуществляется на наборе углов, который определяется из условия максимума следующего определителя
Figure 00000031
и достигается на наборе углов
Figure 00000032
Очевидно, что уравнение (1) может быть записано в иной векторно-матричной форме
Figure 00000033
где
Figure 00000034
- вектор калибруемых параметров, аналогичный (4).
Figure 00000035
- матрица измерений размерности 1×5, определяемая тригонометрическими функциями угла вращения α1 вокруг внутренней оси карданова подвеса. Матрица
Figure 00000036
имеет размерность 5×12 и запишется в виде, представленном на стр.9.
Матрица
Figure 00000036
определяется определяемая тригонометрическими функциями угла вращения вокруг наружной оси карданова подвеса.
Нетрудно видеть, что поиск максимума детерминанта матрицы
Figure 00000037
осуществляется аналогично выражению (6) и набор углов для программы калибровки составит
Figure 00000038
Определим набор углов α2 в программу калибровки. Для выявления оптимальных углов калибровки составляющих ω0, ωY, d воспользуемся условием максимума определителя подобным (9). По уже известному решению, набор углов по α2 в этом случае составит
Figure 00000039
Оптимальный набор углов для калибровки, составляющих ωXZ, ωYY, ωZZ, будет определяться из условия максимума следующего определителя
Figure 00000040
и достигается на следующем наборе углов
Figure 00000041
Для выявления наилучших условий калибровки, составляющих
Figure 00000042
, и
Figure 00000043
, составим следующий определитель
Figure 00000044
Максимум определителя (18) не зависит от выбора первого угла и достигается на следующем наборе
Figure 00000045
Тем самым показано, что удалось найти оптимальные по критерию максимального подавления измерительного шума на результаты калибровки наборы углов α1, α2, позволяющие обеспечить калибровку гироскопа по предлагаемому способу. Установленные наборы углов, определяют следующие оптимальные программы калибровки по предлагаемому способу.
- программы калибровки из 25 ИП, в которых задается значение углов α1, α2, согласно выражениям (7), (9), (11), (13);
- программы калибровки из 30 ИП, в которых задается значение углов α1, α2, согласно выражениям (15), (16), (18), (20).
Синтезированные программы калибровки обладают различной степенью наблюдаемости, избыточности измерений, которую можно использовать для повышения эффективности калибровки гироскопа.
Таким образом, определены оптимальные наборы углов α1, α2, задающие ИП (программы калибровки), на которых обеспечивается полная калибровка гироскопа - определение девяти составляющих ухода, погрешностей, возникающих из-за влияния погрешностей на входную ось гироскопа (погрешностей перекоса в осях подвеса и погрешностей выставки гироскопа на посадочных местах). При этом измеряется суммарный уход гироскопа и проекция УССВЗ на входную ось гироскопа в каждом ИП с учетом влияния УССВЗ на результаты калибровки. Указанный эффект достигается при выставке наружной оси стенда в плоскость первого вертикала, ортогонально плоскости меридиана.
Итак, предложенный способ калибровки гироскопов включает однократную выставку исследуемого гироскопа на двухосном НПС входной осью по внутренней оси НПС, выставку наружной оси НПС в плоскости первого вертикала ортогонально плоскости меридиана, горизонтирование наружной оси НПС, задание нескольких ИП без разворота конструкции в противоположные ИП, измерение суммарного ухода гироскопа и проекции УССВЗ в данных ИП, определение по ним составляющих ухода гироскопа и инструментальных погрешностей, возникающих из-за влияния проекции УССВЗ на входную ось гироскопа.
Способ обеспечивает полную калибровку гироскопа, помимо девяти составляющих ухода, определяются погрешности установки гироскопа на стенде и погрешности перекоса в оси карданова подвеса, снижает количество ИП по сравнению с прототипом, повышает точность измерений по суммарным погрешностям калибровки каждого из параметров, реализуется по программам калибровки из 25 и 30 (две программы калибровки) ИП, без потери отличительных эффективных свойств.
Практическая реализация предлагаемого способа может быть осуществлена на НПС, обеспечивающем задание программы калибровки по предложенному способу, который может быть построен на горизонтально ориентированном двухосном кардановом подвесе, имеющем точные датчики углов по своим осям и углы прокачки ±180°.
Источники информации
1. Патент RU 204806, 2003; G 01 C 25/00

Claims (1)

  1. Способ калибровки гироскопов, включающий выставку гироскопа на наклонно-поворотном столе, задание измерительных положений путем разворота наклонно-поворотного стола на фиксированные углы относительно двух взаимно ортогонально расположенных наружной и внутренней осей стола, проведение измерений входных сигналов гироскопа в каждом измерительном положении, определение составляющих ухода гироскопа по совокупности информации, полученной в процессе измерения входных сигналов гироскопа, отличающийся тем, что наружную ось наклонно-поворотного стола выставляют в плоскости первого вертикала - ортогонально плоскости меридиана, а выставку гироскопа проводят входной осью по внутренней оси наклонно-поворотного стола, ориентированной по отвесной линии, вращения гироскопа на фиксированные углы задают на угол α2 вокруг наружной оси наклонно-поворотного стола, и на угол α1 вокруг внутренней оси наклонно-поворотного стола, при этом при задании измерительных положений (ИП) углы α1 и α2 принимают значения
    Figure 00000046
    Figure 00000047
    Figure 00000048
    Figure 00000049
    Figure 00000050
    Figure 00000051
    Figure 00000052
    Figure 00000053
    Figure 00000054
    Figure 00000055
    где
    Figure 00000056
    ,
    Figure 00000057
    - начальные значения углов α2, α1 соответственно,
    Figure 00000058
    ,
    Figure 00000059
    - значения углов α2, α1 в других ИП, или при задании измерительных положений углы α2 и α1 принимают значения
    Figure 00000060
    Figure 00000061
    Figure 00000062
    Figure 00000063
    Figure 00000064
    Figure 00000065
    Figure 00000066
    Figure 00000067
    Figure 00000068
    Figure 00000069
    Figure 00000070
    Figure 00000071
RU2004131154/28A 2004-10-27 2004-10-27 Способ калибровки гироскопов RU2280840C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004131154/28A RU2280840C2 (ru) 2004-10-27 2004-10-27 Способ калибровки гироскопов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004131154/28A RU2280840C2 (ru) 2004-10-27 2004-10-27 Способ калибровки гироскопов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004131154A RU2004131154A (ru) 2006-04-27
RU2280840C2 true RU2280840C2 (ru) 2006-07-27

Family

ID=36655254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004131154/28A RU2280840C2 (ru) 2004-10-27 2004-10-27 Способ калибровки гироскопов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2280840C2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013143126A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Google Inc. Gyroscope calibration
CN106525073A (zh) * 2016-09-27 2017-03-22 北京控制工程研究所 一种基于三轴转台的惯性空间陀螺标定试验方法
CN112129321A (zh) * 2020-09-12 2020-12-25 中国运载火箭技术研究院 陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013143126A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Google Inc. Gyroscope calibration
CN106525073A (zh) * 2016-09-27 2017-03-22 北京控制工程研究所 一种基于三轴转台的惯性空间陀螺标定试验方法
CN106525073B (zh) * 2016-09-27 2019-07-12 北京控制工程研究所 一种基于三轴转台的惯性空间陀螺标定试验方法
CN112129321A (zh) * 2020-09-12 2020-12-25 中国运载火箭技术研究院 陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质
CN112129321B (zh) * 2020-09-12 2023-03-10 中国运载火箭技术研究院 陀螺零偏标定值确定方法、装置及计算机存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004131154A (ru) 2006-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101290326B (zh) 石英挠性加速度计测量组件的参数辨识标定方法
CN111678538B (zh) 一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法
JP6613236B2 (ja) 高精度な光ファイバジャイロ慣性測量装置の標定方法
CN106969783B (zh) 一种基于光纤陀螺惯性导航的单轴旋转快速标定技术
CN1330935C (zh) 安装误差角与标度因数解耦的微惯性测量单元精确标定方法
CN109459054B (zh) 一种基于自准直跟踪的动基座姿态校准方法
CN112595350B (zh) 一种惯导系统自动标定方法及终端
CN106525073A (zh) 一种基于三轴转台的惯性空间陀螺标定试验方法
CN110160497A (zh) 铁塔倾斜测量方法、装置、计算机设备和存储介质
CN110749338A (zh) 一种惯性测量单元偏轴-旋转复合转位误差标定方法
CN108710001B (zh) 一种两轴一体陀螺加速度计及伺服控制方法
CN110849294B (zh) 一种基于光纤陀螺的转台非正交度测试方法
CN109084755B (zh) 一种基于重力视速度与参数辨识的加速度计零偏估计方法
RU2717566C1 (ru) Способ определения погрешностей инерциального блока чувствительных элементов на двухосном поворотном столе
RU2280840C2 (ru) Способ калибровки гироскопов
CN104792339B (zh) 光纤陀螺测斜仪的校准方法
CN113899324B (zh) 基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台垂直度误差检测方法
CN110631605A (zh) 一种陀螺阵列标定方法及系统
Shun-qing et al. Impacts of installation errors on the calibration accuracy of gyro accelerometer tested on centrifuge
RU2204806C1 (ru) Способ калибровки гироскопов
CN113551688A (zh) 车载定位定向导航设备无依托快速免拆卸标定方法及装置
CN113252073A (zh) 一种应用于目标定位系统的现场标定方法及装置
RU2788825C1 (ru) Способ калибровки трёхосевого электронного магнитного компаса
JP2609976B2 (ja) 方位計
RU2121134C1 (ru) Способ калибровки гироскопов

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081028