RU2718142C1 - Method for increasing accuracy of calibration of scaling coefficients and angles of non-orthogonality of sensitivity axes of sensor unit of angular velocity sensors - Google Patents
Method for increasing accuracy of calibration of scaling coefficients and angles of non-orthogonality of sensitivity axes of sensor unit of angular velocity sensors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718142C1 RU2718142C1 RU2019111458A RU2019111458A RU2718142C1 RU 2718142 C1 RU2718142 C1 RU 2718142C1 RU 2019111458 A RU2019111458 A RU 2019111458A RU 2019111458 A RU2019111458 A RU 2019111458A RU 2718142 C1 RU2718142 C1 RU 2718142C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calibration
- angles
- coefficients
- readings
- platform
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области навигации, навигационных приборов, испытаниям и калибровке, и может быть использовано для калибровки датчиков бесплатформенных инерциальных систем ориентации и навигации летательных аппаратов, морских, наземных и других подвижных объектов. Интегрированный блок датчиков (ИБД) представляет собой вмонтированные в общий корпус тройку ортогонально расположенных датчиков угловых скоростей (ДУС) и тройку ортогональных датчиков линейных ускорений (ДЛУ), у которых соответствующие оси чувствительности коллинеарны. Эти блоки также называют инерциальными измерительными модулями (ИИМ).The invention relates to the field of navigation, navigation devices, testing and calibration, and can be used to calibrate sensors strapdown inertial orientation and navigation systems of aircraft, marine, land and other moving objects. The integrated sensor block (IDB) is a triple of orthogonally located angular velocity sensors (DLS) and a triple of orthogonal linear acceleration sensors (DLUs) mounted in a common housing, for which the corresponding sensitivity axes are collinear. These blocks are also called inertial measurement modules (IIM).
Для решения определенных задач и при составлении технологии сборки инерциальных датчиков возникает необходимость определения неортогональности осей чувствительности датчиков ДУС и ДЛУ в составе ИБД с высокой точностью. Особенно это относится к ИБД, применяемым на летательных аппаратах, маневрирующих с большими угловыми скоростями и линейными ускорениями. Основная проблема в следующем. Вне зависимости от того, выполняется ли оценка неортогональности по измерениям угловых скоростей или по измерениям углов за определенное время, а также независимо от вида расчетных формул, использование данных вращения только по трем осям делает необходимой предварительную компенсацию смещений нулей. Это приводит к распространению ошибок компенсации смещений на ошибки идентификации углов неортогональности и масштабных коэффициентов. В силу высокой чувствительности оценок неортогональности к смещениям нулей их точность значительно падает.To solve certain problems and in compiling the technology of assembly of inertial sensors, it becomes necessary to determine the non-orthogonality of the sensitivity axes of the sensors of the TLS and DLU as part of the IED with high accuracy. This is especially true for IDBs used on aircraft maneuvering with high angular velocities and linear accelerations. The main problem is as follows. Regardless of whether the estimation of non-orthogonality is carried out by measuring angular velocities or by measuring angles for a certain time, as well as regardless of the type of calculation formulas, the use of rotation data on only three axes makes it necessary to precompensate the displacements of zeros. This leads to the propagation of bias compensation errors to errors of identification of non-orthogonality angles and scale factors. Due to the high sensitivity of nonorthogonality estimates to displacements of zeros, their accuracy decreases significantly.
В изобретении предлагается устранить вредное влияние остаточных ошибок компенсации нулей на ошибки определения неортогональности за счет повышения информативности экспериментальных данных. Это особенно актуально для микроэлектромеханических ДУС (МЭМС ДУС).The invention proposes to eliminate the harmful effect of residual errors of compensation of zeros on errors in determining non-orthogonality by increasing the information content of experimental data. This is especially true for microelectromechanical TLS (MEMS TLS).
Известен быстрый способ калибровки ИИМ [1]. В соответствии с данным способом, оператор вращает ИИМ во всех направлениях без внешнего оборудования либо с помощью оборудования. Снимаемые в это время с ИИМ данные позволяют определять 12 коэффициентов моделей погрешностей датчиков ИИМ, в том числе скорости дрейфов и масштабные коэффициенты ДУС, нулевые сигналы и масштабные коэффициенты акселерометров.There is a fast method for calibrating IIM [1]. In accordance with this method, the operator rotates the IIM in all directions without external equipment or using equipment. The data taken at this time with the IIM allow one to determine 12 coefficients of the models of errors of the IIM sensors, including drift velocities and scale coefficients of the TLS, zero signals and scale factors of the accelerometers.
Известен также способ калибровки ДУС в составе бесплатформенных инерциальных измерительных модулей (БИИМ) [2], при этом по сигналам двухкомпонентного ДУС и трех однокомпонентных акселерометров, т.е. блока акселерометров, входящих в состав БИИМ, калибруют коэффициенты модели угловой скорости дрейфа каждого ДУС, зависящего и не зависящего от линейных перегрузок, а также углы отклонений двух его осей чувствительности и оси кинетического момента от их номинальных направлений, материализуемых установочной плоскостью и базовым направлением на корпусе ДУС.There is also a method for calibrating the TLS as a part of strapdown inertial measuring modules (BIIM) [2], while using the signals of a two-component TLS and three one-component accelerometers, i.e. the block of accelerometers that are part of the BIIM, calibrate the coefficients of the model of the angular drift velocity of each TLS, which depends on linear overloads, as well as the angles of deviation of its two sensitivity axes and the axis of kinetic moment from their nominal directions, materialized by the installation plane and the base direction on the case DUS.
Суть способа состоит в том, что с помощью кронштейна и поворотной установки устанавливают БИИМ в 3 различных фиксированных положения по зенитному углу (Θ=0°; Θ=90°), при этом установку углов зенита производят по сигналам акселерометров и в каждом из них разворачивают ИИМ на азимутальные углы, близкие к значениям 0°, 90°, 180°, 270°. Во всех фиксированных положениях определяют сигналы ДУС по двум компонентам вектора измеряемой угловой скорости вращения Земли, запоминают их, а потом складывают и вычитают результаты одноименных измерений по каждому измеряемому компоненту угловой скорости и по соответствующим алгоритмам определяют коэффициенты моделей угловых скоростей дрейфа, а также углы неточной установки осей чувствительности и вектора кинетического момента ДУС. При этом сигналы блока акселерометров используются для определения угла зенита и угла установки отклонителя.The essence of the method is that using a bracket and a rotary installation, the BIIM is installed in 3 different fixed positions along the zenith angle (Θ = 0 °; Θ = 90 °), while the zenith angles are set according to the accelerometers and in each of them deploy IIM at azimuthal angles close to 0 °, 90 °, 180 °, 270 °. In all fixed positions, the TLS signals are determined by two components of the vector of the measured angular velocity of the Earth’s rotation, they are stored, and then the results of the same measurements are added and subtracted for each measured component of the angular velocity, and the coefficients of the models of angular drift velocities are determined by appropriate algorithms, as well as the angles of the inaccurate installation axes of sensitivity and the vector of the kinetic moment of the TLS. In this case, the signals of the accelerometer unit are used to determine the zenith angle and the installation angle of the deflector.
Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает режимы калибровки масштабных коэффициентов, не полностью обеспечивает определение углов неточной установки измерительных осей однокомпонентных ДУС на основе волоконно-оптических, волновых твердотельных и других гироскопов, трех акселерометров, а также не позволяет определять углы непараллельности соответствующих одноименных измерительных осей ДУС и акселерометров.The disadvantage of this method is that it does not provide calibration modes of scale factors, does not fully determine the angles of inaccurate installation of the measuring axes of one-component DLS based on fiber optic, wave solid-state and other gyroscopes, three accelerometers, and also does not allow to determine the non-parallelism angles of the corresponding namesake measuring axes of TLS and accelerometers.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ калибровки датчиков угловой скорости бесплатформенного ИИМ [3], реализованный в известном широкодиапазонном стенде (например, УПГ-48), обеспечивающем приблизительно горизонтальное задание вектора угловой скорости с фиксированным направлением в пространстве. С помощью стендового оборудования вращают ИИМ последовательно вокруг трех приблизительно ортогональных осей ИИМ. Во время вращения записывают показания ИИМ по каналу акселерометров, показания ДУС. По сигналам акселерометров определяют угловую скорость ИИМ в базисе акселерометров. Идентифицируя математическую модель ДУС, определяют нулевые сигналы ДУС, матрицу, описывающую масштабные коэффициенты, перекрестные связи, ориентацию осей чувствительности ДУС в ИИМ, матрицу, описывающую влияние линейного ускорения на показания ДУС.The closest analogue to the claimed method is a method of calibrating the angular velocity sensors of the strap-on IIM [3], implemented in the well-known wide-range bench (for example, UPG-48), which provides an approximately horizontal definition of the angular velocity vector with a fixed direction in space. Using bench equipment, the IMI is rotated sequentially around three approximately orthogonal IIM axes. During rotation, the IMI readings are recorded along the channel of the accelerometers, the TLS readings. The signals of the accelerometers determine the angular velocity of the IMI in the basis of the accelerometers. By identifying the mathematical model of the TLS, zero TLS signals are determined, a matrix describing the scale factors, cross-links, the orientation of the sensitivity axes of the TLS in the IMI, a matrix describing the effect of linear acceleration on the TLS readings.
Недостатком всех приведенных выше способов калибровки является необходимость предварительной компенсации смещений нулей. Это приводит к распространению ошибок компенсации смещений на ошибки идентификации углов неортогональности и масштабных коэффициентов. В силу высокой чувствительности оценок неортогональности к смещениям нулей их точность значительно падает.The disadvantage of all the above calibration methods is the need for preliminary compensation of the displacements of zeros. This leads to the propagation of bias compensation errors to errors of identification of non-orthogonality angles and scale factors. Due to the high sensitivity of nonorthogonality estimates to displacements of zeros, their accuracy decreases significantly.
Целью изобретения является повышение точности калибровки масштабных коэффициентов и углов неортогональности за счет инвариантности к текущим смещениям нулевых сигналов, т.е. за счет устранения вредного влияния остаточных ошибок компенсации нулей на ошибки определения неортогональности путем повышения информативности экспериментальных данных.The aim of the invention is to improve the accuracy of calibration of scale factors and angles of non-orthogonality due to the invariance of the current offsets of zero signals, i.e. by eliminating the harmful effects of residual errors of compensation of zeros on errors in determining non-orthogonality by increasing the information content of experimental data.
Поставленная цель достигается за счет того, что согласно заявленному способу определения коэффициентов калибровки интегрированного блока датчиков (ИБД), включающему начальную выставку платформы, статический эксперимент при неподвижном положении платформы, вращение с помощью стендового оборудования последовательно как минимум по двум непараллельным осям в базисе калибруемого ИБД, во время вращения записывают показания ИБД по каналу датчиков линейного ускорения (ДЛУ), показания датчиков угловой скорости (ДУС), идентифицируя математическую модель ДУС определяют нулевые сигналы ДУС, матрицу, описывающую масштабные коэффициенты, перекрестные связи, дополнительно осуществляют разработку программы автоматизации процесса калибровки, которая включает выполнение последовательности вращений и наклонов платформы на углы в соответствии с 6-ю указанными ниже в таблице 1 с экспериментами при длительности интервала времени каждого вращения и наклона порядка 3-4 минут.This goal is achieved due to the fact that according to the claimed method for determining the calibration coefficients of the integrated sensor block (IDU), including the initial exhibition of the platform, a static experiment with the platform stationary, rotation using bench equipment sequentially along at least two non-parallel axes in the basis of the calibrated IDU, during rotation, record the readings of the IDB along the channel of the linear acceleration sensors (DLU), the readings of the angular velocity sensors (DLS), identifying the mathematical The CSL model is defined by zero CRS signals, a matrix describing scale factors, cross-connections, and further develops a calibration process automation program that includes a sequence of rotations and tilts of the platform at angles in accordance with the 6 experiments with duration indicated in Table 1 below the time interval of each rotation and tilt of the order of 3-4 minutes.
Осуществляют обработку полученных данных включающих, выбор интервала времени длительностью порядка 2-3 минут с установившейся угловой скоростью и углами наклона, вычисление средних значений кодов АЦП ДУС, дифференцирование показаний угломеров и вычисление средних значений угловых скоростей платформы стола, для определения калибровочных коэффициентов оставляют три системы уравнений, каждая система содержит четыре уравнения и четыре неизвестных коэффициента. Для определения коэффициентов ДУС(х) - используют данные экспериментов 1, 4, 5, 6. Для определения коэффициентов ДУС(y) - используют данные экспериментов 2, 4, 5, 6. Для определения коэффициентов ДУС(z) - используют данные экспериментов 3, 4, 5, 6.They process the obtained data, including, choosing a time interval of about 2-3 minutes with a steady angular velocity and tilt angles, calculating the average values of the ADC codes of the CRS, differentiating the readings of the angle meters and calculating the average values of the angular velocities of the table platform; three systems of equations are left to determine the calibration coefficients , each system contains four equations and four unknown coefficients. To determine the coefficients of TLS (x) - use the data of experiments 1, 4, 5, 6. To determine the coefficients of TLS (y) - use the data of experiments 2, 4, 5, 6. To determine the coefficients of TLS (z) - use the data of experiments 3 , 4, 5, 6.
Уравнения приводят в матричный вид:The equations lead to the matrix form:
где Ax,Ay,Az - прямоугольные матрицы размерностью (4,4) - от трех систем уравнений для определения коэффициентов ДУС(х), ДУС(y) и ДУС(z),where A x , A y , A z are rectangular matrices of dimension (4,4) - from three systems of equations for determining the coefficients of CRS (x), CRS (y) and CRS (z),
оценки векторов коэффициентов осуществляют, используя следующие соотношения:coefficient vectors are estimated using the following relationships:
контроль калибровки по экспериментам вращений осуществляют путем оценивания средних значений угловых скоростейcalibration control by experiments of rotations is carried out by estimating the average values of angular velocities
математические ожидания ошибок оценивания должны быть близки к нулю, СКО ошибок оценивания должны иметь порядок СКО шумов измерений.the mathematical expectations of estimation errors should be close to zero; the standard deviation of the estimation errors should be of the order of the standard deviation of the measurement noise.
Суть способа определения коэффициентов калибровки ИБД, использующего проведения вращательных экспериментов и проведение расчетов, излагается ниже.The essence of the method for determining the calibration coefficients of the IDB using rotational experiments and calculations is described below.
Для реализации способа при вращении увеличивают число положений блока не менее чем до четырех, в которые должны входить положения с углами наклона по крену и по тангажу. Тогда оцениваемые матрицы-строки расширяются путем включения в них дополнительных компонент Cx,Cy,Cz, учитывающих суммарно некомпенсированные смещения нулей ДУС и ненулевые средние шумы измерений:To implement the method during rotation, increase the number of positions of the block to at least four, which should include positions with tilt angles along the roll and pitch. Then, the estimated row matrices are expanded by including additional components C x , C y , C z that take into account the total uncompensated offsets of the TLS zeros and nonzero average measurement noise:
При таком способе обеспечивается инвариантность оценок неортогональности к оценкам смещений нулей ДУС и этап идентификации масштабных коэффициентов и углов неортогональности становится независимым от этапа статической калибровки. Установлено, что существуют наилучшие комбинации положений блока с углами наклона из набора {0,±45,±90,±135,±180} градусов, обеспечивающие максимальную точность идентификации углов неортогональности. Для реализации данного способа требуется точность позиционирования в рамках точности трехосного стола.With this method, the invariance of the non-orthogonality estimates to the estimates of the displacements of the TLS zeros is ensured and the stage of identifying the scale factors and non-orthogonality angles becomes independent of the stage of static calibration. It has been established that there are the best combinations of block positions with tilt angles from a set of {0, ± 45, ± 90, ± 135, ± 180} degrees, providing the maximum accuracy in identifying non-orthogonal angles. To implement this method, positioning accuracy is required within the accuracy of a triaxial table.
Новизна также обеспечена за счет оптимизации обработки положений блока ДУС, включая положения с наклоном по крену и тангажу, что особенно актуально для ЛА, маневрирующих с большими угловыми скоростями.The novelty is also ensured by optimizing the processing of the positions of the TLS block, including the positions with a tilt in roll and pitch, which is especially important for aircraft maneuvering at high angular speeds.
Для этого оценивают потенциальную точность определения углов неортогональности и масштабных коэффициентов триады ДУС по прямым измерениям угловых скоростей при вращении по осям X, Y, Z блока и формируют расчетные соотношения и осуществляют их применение для блока ИБД.To do this, evaluate the potential accuracy of determining the angles of non-orthogonality and scale coefficients of the TLS triad by direct measurements of the angular velocities during rotation along the axes X, Y, Z of the block and form the calculated ratios and use them for the block of IDBs.
Калибровка ДУС на трехосном столеSAS calibration on a three-axis table
I. Модель измерений.I. Measurement Model.
Векторный выходной сигнал триады ДУС в блоке датчиков, установленном на поворотном стенде, описывают моделью [3]:The vector output signal of the TLS triad in the sensor unit mounted on the rotary stand is described by the model [3]:
u=DS(ω)ω+u0+e, ω=ωс+ωg,u = DS (ω) ω + u 0 + e, ω = ω с + ω g ,
где u - вектор кодов АЦП в косоугольной СК измерительных осей ДУС,where u is the vector of ADC codes in the oblique SK measuring axes of the TLS,
ω - вектор проекций действующих угловых скоростей на оси прямоугольной СК блока,ω is the projection vector of the acting angular velocities on the axis of the rectangular SK block,
ωс - вектор проекций угловых скоростей на оси СК блока за счет вращения платформы стола,ω with - the projection of the angular velocity on the axis of the SC block due to the rotation of the table platform,
ωg - вектор проекций угловых скоростей за счет вращения Земли, и0 - вектор смещений нулей ДУС в единицах кода,ω g is the vector of projections of angular velocities due to the rotation of the Earth, and 0 is the vector of displacements of the zeros of the TLS in code units,
е - шум,e is the noise
S - диагональная матрица масштабных коэффициентов:S - diagonal matrix of scale factors:
D - матрица углов неортогональности, учитывающая повороты осей косоугольной СК измерительных осей ДУС относительно прямоугольной СК блока.D is the matrix of angles of non-orthogonality, taking into account the rotations of the axes of the oblique SK of the measuring axes of the TLS relative to the rectangular SK block.
А(γ,ϑ,ψ) - матрица поворота блока,A (γ, ϑ, ψ) is the rotation matrix of the block,
γ,ϑ,ψ - углы поворота блока относительно горизонтального положения платформы стола, выставленной в азимуте на север. Углы измеряются угломерами платформы.γ, ϑ, ψ - rotation angles of the block relative to the horizontal position of the table platform, set in azimuth to the north. Angles are measured by the platform’s angle gauges.
2. Калибровочные коэффициенты2. Calibration factors
При калибровке для каждого тестового фиксированного значения со вычисляется матрица K(ω) совместно со смещением нуля u0.During calibration, for each test fixed value of ω, the matrix K (ω) is calculated together with a zero offset u 0 .
Разложение матрицы K(ω) на матрицы D, S(ω) имеет вид:The decomposition of the matrix K (ω) into matrices D, S (ω) has the form:
K(ω)=DS(ω)K (ω) = DS (ω)
3. Вычисление угловых скоростей по кодам АЦП ДУС в СПО3. Calculation of angular velocities by ADC codes DUS in STR
4. Требования к экспериментам4. Requirements for experiments
ωс=const, ωс>> ωg, ω=ωс.ω c = const, ω c >> ω g , ω = ω s .
Выполняют 6 экспериментов вращений, обеспечивающих одинаковые проекции угловой скорости по одной и по двум осям блока:Perform 6 experiments of rotations, providing the same projection of the angular velocity along one and two axes of the block:
Платформу стола вращают по внешней (вертикальной) оси стола, т.к. она наиболее стабильна. Угловую скорость стола вычисляют дифференцированием показаний угломера.The table platform is rotated along the external (vertical) axis of the table, because she is the most stable. The angular velocity of the table is calculated by differentiating the readings of the goniometer.
Необходимые проекции угловой скорости на оси блока обеспечивают за счет задания углов наклона (поворота) платформы по внутренней и средней осям. Оси платформы обозначим, как это принято для ЛА. Приведем пример для тестовой угловой скорости +50 град/с.The necessary projections of the angular velocity on the axis of the block are provided by setting the angles of inclination (rotation) of the platform along the internal and middle axes. The axis of the platform will be designated as is customary for an aircraft. We give an example for a test angular velocity of +50 deg / s.
1. Варианты углов наклона для задания вращений блока раздельно по осям X, Y, Z (таблица 2).1. Variants of the tilt angles for specifying the block rotations separately along the X, Y, Z axes (table 2).
2. Варианты углов наклона для задания вращений блока по осям XY, XZ, YZ. Стол вращаем с угловой скоростью 
3. Выбирают следующие варианты для 6-ти экспериментов вращений для угловых скоростей блока 50 град/с (таблица 1).3. Select the following options for 6 experiments of rotations for the angular velocities of the block 50 deg / s (table 1).
5.Вычисление калибровочных коэффициентов по МНК5.Calculation of calibration coefficients by OLS
Уравнение для средних значений кодов АЦП и действующих угловых скоростей:The equation for the average values of the ADC codes and the effective angular velocities:
Составляют три системы уравнений. Каждая система содержит четыре уравнения и четыре неизвестных коэффициента.They make up three systems of equations. Each system contains four equations and four unknown coefficients.
1. Для определения коэффициентов ДУС(х) (по оси X) - используют данные экспериментов 1, 4, 5, 6:1. To determine the coefficients of TLS (x) (along the X axis) - use the data of experiments 1, 4, 5, 6:
2. Для определения коэффициентов ДУС(у) - используют данные экспериментов 2, 4, 5, 6:2. To determine the coefficients of the TLS (y) - use the data of experiments 2, 4, 5, 6:
3. Для определения коэффициентов ДУС(z) - используют данные экспериментов 3, 4, 5, 6:3. To determine the coefficients of TLS (z) - use the data of experiments 3, 4, 5, 6:
Уравнения матричном виде:Matrix Equations:
Оценки векторов коэффициентов осуществляют, используя следующие соотношения:Ratio vectors are estimated using the following relationships:
6. Контроль оценок6. Grade control
Далее определяют ошибки оценивания средних значений угловых скоростей:Next, the errors in estimating the average values of angular velocities are determined:
Здесь j - номер эксперимента.Here j is the number of the experiment.
Для контроля используют математические ожидания и СКО ошибок оценивания:For control, mathematical expectations and standard deviations of estimation errors are used:
Математические ожидания ошибок оценивания должны быть близки к нулю. СКО ошибок оценивания должны иметь порядок СКО шумов измерений. Таким образом, весь процесс калибровочных экспериментов автоматизирован. Для этого разрабатывают программу управления столом. Она должна предусматривать:The mathematical expectations of estimation errors should be close to zero. The standard deviation of the estimation errors should have the order of the standard deviation of the measurement noise. Thus, the entire process of calibration experiments is automated. To do this, develop a table management program. It should include:
- начальную выставку платформы - для ДУС, «чувствующих» угловую скорость Земли.- The initial exhibition of the platform - for TLS, "sensing" the angular velocity of the Earth.
- выполнение последовательности вращений и углов наклона платформы в соответствии с 6-ю указанными экспериментами при длительности интервала времени порядка 3-4 минут;- performing a sequence of rotations and tilt angles of the platform in accordance with the 6 indicated experiments with a time interval of about 3-4 minutes;
- регистрацию времени, кодов АЦП, показаний трех угломеров платформы, датчиков температуры блока и датчика температуры платформы;- registration of time, ADC codes, readings of three platform goniometers, block temperature sensors and platform temperature sensors;
- повторение этих действий для сетки значений угловой скорости.- repeating these steps for a grid of angular velocity values.
- статический эксперимент при неподвижном положении платформы в течение порядка 10 минут.- a static experiment with the platform stationary for about 10 minutes.
Для полного диапазона температур эксперименты повторяются на сетке температур.For a full temperature range, experiments are repeated on a temperature grid.
Расчетная частьSettlement part
Для одного установившегося значения температуры расчетная часть включаетFor one steady-state temperature value, the calculated part includes
- выбор интервала времени длительностью порядка 2-3 минут с установившейся угловой скоростью и углами наклона;- the choice of the time interval lasting about 2-3 minutes with a steady angular velocity and tilt angles;
- вычисление средних значений кодов АЦП ДУС;- Calculation of the average values of the ADC DUS codes;
- дифференцирование показаний угломеров и вычисление средних значений угловых скоростей платформы стола;- differentiation of the readings of the goniometers and calculation of the average values of the angular velocities of the table platform;
- вычисление средних значений показаний датчиков температуры;- calculation of average values of temperature sensors;
- вычисление калибровочных коэффициентов (п. 5);- calculation of calibration factors (paragraph 5);
- контроль калибровки по экспериментам вращений (п. 6);- calibration control by experiments of rotations (p. 6);
- контроль калибровки по статическому эксперименту;- calibration control by static experiment;
- расчет интерполяционных таблиц по угловой скорости;- calculation of interpolation tables by angular velocity;
Для полного диапазона температур указанные расчеты дополняются следующими расчетами:For the full temperature range, these calculations are supplemented by the following calculations:
- калибровка датчиков температуры блока;- calibration of block temperature sensors;
- формирование интерполяционных таблиц по температуре;- formation of interpolation tables by temperature;
- контроль калибровки с учетом интерполяции по скорости и температуре.- calibration control taking into account interpolation by speed and temperature.
Технический результатTechnical result
По предлагаемому способу оценивание масштабов и углов неортогональности выполняется совместно со смещениями нулей. За счет этого обеспечивается инвариантность оценок масштабов и углов неортогональности по отношению к смещениям нулей ДУС, и, соответственно, повышение точности, что важно для ДУС низкой и средней точности с высоким уровнем нестабильности смещений нулей.According to the proposed method, the estimation of the scales and angles of non-orthogonality is performed together with the displacements of zeros. This ensures the invariance of the estimates of the scales and angles of non-orthogonality with respect to the displacements of zeros of the DEs, and, accordingly, the increase in accuracy, which is important for the DEs of low and medium accuracy with a high level of instability of the displacements of zeros.
Данный способ обеспечивает оценивание масштабов для фиксированных значений угловых скоростей. Это позволяет использовать его для получения множества оценок для набора значений угловых скоростей и направлений вращения для формирования интерполяционных таблиц с целью учета нелинейных зависимостей масштабов от скорости и направления вращения.This method provides an estimate of the scales for fixed angular velocities. This allows you to use it to obtain many estimates for a set of values of angular velocities and directions of rotation for the formation of interpolation tables in order to take into account the nonlinear dependences of the scales on the speed and direction of rotation.
Определены скорости вращения и углы поворота платформы стола для обеспечения постоянства и равенства проекций задаваемых угловых скоростей на оси блока.The rotation speeds and rotation angles of the table platform are determined to ensure the constancy and equality of projections of the specified angular velocities on the axis of the block.
Предложен необходимый набор экспериментов для расчета калибровочных коэффициентов.A necessary set of experiments is proposed for calculating calibration coefficients.
ЛитератураLiterature
1. Пат. US 2014372063 (A1) US, МПК7 G01P 21/00. Quick calibration method for inertial measurement unit / NIU XIAOJI [CN] и др.; заявитель UNIV WUHAN [CN] - № US 201314239145; заявл. 05.03.2013; опубл. 18.12.2014.1. Pat. US 2014372063 (A1) US, IPC7 G01P 21/00. Quick calibration method for inertial measurement unit / NIU XIAOJI [CN] et al .; Applicant UNIV WUHAN [CN] - No. US 201314239145; declared 03/05/2013; publ. 12/18/2014.
2. РФ №2269813 Способ калибровки параметров бесплатформенного инерциального измерительного модуля, / Синеев А.И. и др. Патентообладатель: ЗАО Тазприборавтоматикасервис", опубл. 10.02.2006.2. RF №2269813 Method for calibrating the parameters of the strapdown inertial measuring module, / Sineev A.I. and others. Patent holder: CJSC Tazpriboravtomatikaservis ", publ. 02/10/2006.
3. Волынский Д.В., Драницына Е.В., Одинцов А.А., Унтилов А.А. Калибровка волоконно-оптических гироскопов в составе бескарданных инерциальных измерительных модулей. Гироскопия и навигация №2, 2012, с. 56-68.3. Volynsky D.V., Dranitsyna E.V., Odintsov A.A., Untilov A.A. Calibration of fiber optic gyroscopes as part of gimballess inertial measuring modules. Gyroscopy and navigation No. 2, 2012, p. 56-68.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111458A RU2718142C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method for increasing accuracy of calibration of scaling coefficients and angles of non-orthogonality of sensitivity axes of sensor unit of angular velocity sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111458A RU2718142C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method for increasing accuracy of calibration of scaling coefficients and angles of non-orthogonality of sensitivity axes of sensor unit of angular velocity sensors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2718142C1 true RU2718142C1 (en) | 2020-03-30 |
Family
ID=70156564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019111458A RU2718142C1 (en) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | Method for increasing accuracy of calibration of scaling coefficients and angles of non-orthogonality of sensitivity axes of sensor unit of angular velocity sensors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2718142C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2766833C1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-03-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Седава" | Method for measuring angular velocity and acceleration parameters by micromechanical gyroscopes and accelerometers |
| RU2785971C2 (en) * | 2020-07-20 | 2022-12-15 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method for calculation of coordinates with non-orthogonal orientation of input axes of meters of angular motion parameters |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2269813C2 (en) * | 2004-03-10 | 2006-02-10 | ЗАО "Газприборавтоматикасервис" | Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module |
| RU2447404C2 (en) * | 2010-06-16 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики" | Method for calibrating angular velocity sensors of gimballess inertia measurement module |
| CN104121927A (en) * | 2014-05-29 | 2014-10-29 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | Inertial measurement unit calibration method applicable to low-accuracy no-azimuth-reference single-axis transposition equipment |
| RU2602736C1 (en) * | 2015-08-03 | 2016-11-20 | Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" | Method and device for calibration of inertial measurement modules |
| RU2669263C1 (en) * | 2017-08-30 | 2018-10-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Автоматизированные Измерительные Системы И Технологии" | Method and device for calibration of inertial measurement modules |
-
2019
- 2019-04-17 RU RU2019111458A patent/RU2718142C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2269813C2 (en) * | 2004-03-10 | 2006-02-10 | ЗАО "Газприборавтоматикасервис" | Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module |
| RU2447404C2 (en) * | 2010-06-16 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики" | Method for calibrating angular velocity sensors of gimballess inertia measurement module |
| CN104121927A (en) * | 2014-05-29 | 2014-10-29 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | Inertial measurement unit calibration method applicable to low-accuracy no-azimuth-reference single-axis transposition equipment |
| RU2602736C1 (en) * | 2015-08-03 | 2016-11-20 | Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" | Method and device for calibration of inertial measurement modules |
| RU2669263C1 (en) * | 2017-08-30 | 2018-10-09 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Автоматизированные Измерительные Системы И Технологии" | Method and device for calibration of inertial measurement modules |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785971C2 (en) * | 2020-07-20 | 2022-12-15 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method for calculation of coordinates with non-orthogonal orientation of input axes of meters of angular motion parameters |
| RU2766833C1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-03-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Седава" | Method for measuring angular velocity and acceleration parameters by micromechanical gyroscopes and accelerometers |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aggarwal et al. | A standard testing and calibration procedure for low cost MEMS inertial sensors and units | |
| CA2381196C (en) | Vibration compensation for sensors | |
| Rohac et al. | Calibration of low-cost triaxial inertial sensors | |
| US11561098B2 (en) | Inertial navigation system | |
| US7467536B2 (en) | Positioning system for single or multi-axis sensitive instrument calibration and calibration system for use therewith | |
| CA2212676C (en) | Apparatus and method for measuring gravity | |
| RU2269813C2 (en) | Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module | |
| Diaz et al. | Evaluation of AHRS algorithms for inertial personal localization in industrial environments | |
| CN109791048A (en) | Usage scenario captures the method and system of the component of data calibration Inertial Measurement Unit (IMU) | |
| Lv et al. | A method of low-cost IMU calibration and alignment | |
| RU2718142C1 (en) | Method for increasing accuracy of calibration of scaling coefficients and angles of non-orthogonality of sensitivity axes of sensor unit of angular velocity sensors | |
| Markovič et al. | Calibration of a solid-state magnetic compass using angular-rate information from low-cost sensors | |
| RU2683144C1 (en) | Method of defining errors of orientation axles of laser gyroscopes and pendulum accelerometers in a strap down inertial navigation system | |
| RU2447404C2 (en) | Method for calibrating angular velocity sensors of gimballess inertia measurement module | |
| EP3073226A1 (en) | Continuous calibration of an inertial system | |
| RU2717566C1 (en) | Method of determining errors of an inertial unit of sensitive elements on a biaxial rotary table | |
| Šipoš et al. | Improvement of electronic compass accuracy based on magnetometer and accelerometer calibration | |
| RU2727344C1 (en) | Method for increasing calibration accuracy of unit of angular velocity micromechanical sensors | |
| Tomaszewski et al. | Analysis of the noise parameters and attitude alignment accuracy of INS conducted with the use of MEMS-based integrated navigation system | |
| RU2779274C1 (en) | Method for measuring errors of the initial alignment of an inertial navigation system without reference to external landmarks | |
| Ruizenaar et al. | Gyro bias estimation using a dual instrument configuration | |
| Exail et al. | An autonomous north alignment method for motion simulators | |
| Bussutil et al. | Wobble estimation of a turntable axis by using an inertial measurement unit | |
| Hayal | Static calibration of the tactical grade inertial measurement units | |
| Klimkovich et al. | Consideration for size effect in SINS calibration |