RU2748030C1 - Method for assessment of systematic wandering of triaxial laser gyro with vibrating baseplate - Google Patents
Method for assessment of systematic wandering of triaxial laser gyro with vibrating baseplate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2748030C1 RU2748030C1 RU2019143980A RU2019143980A RU2748030C1 RU 2748030 C1 RU2748030 C1 RU 2748030C1 RU 2019143980 A RU2019143980 A RU 2019143980A RU 2019143980 A RU2019143980 A RU 2019143980A RU 2748030 C1 RU2748030 C1 RU 2748030C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- systematic
- triaxial
- gyroscope
- assessment
- tlg
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к трехосным гироскопам средней и повышенной точности, а конкретно к способу оценки их систематических погрешностей.This invention relates to triaxial gyroscopes of medium and high accuracy, and more specifically to a method for assessing their systematic errors.
Для оценки качества трехосного гироскопа необходимо проводить оценку погрешностей по трем измерительным осям. Оценки систематических погрешностей используют для калибровки гироскопа с целью повышения его точностных характеристик.To assess the quality of a three-axis gyroscope, it is necessary to evaluate the errors along the three measuring axes. Systematic error estimates are used to calibrate the gyroscope in order to improve its accuracy.
Определение систематических дрейфов основано на измерении проекций угловой скорости вращения Земли на оси чувствительности гироскопа, ориентация которых определяется их конструктивным расположением и азимутальным расположением базы трехосного лазерного гироскопа в инерциальном пространстве.Determination of systematic drifts is based on the measurement of the projections of the angular velocity of the Earth's rotation on the gyroscope sensitivity axis, the orientation of which is determined by their structural position and the azimuthal position of the base of the triaxial laser gyroscope in inertial space.
Важными факторами (ограничениями) при оценке систематических погрешностей являются временные затраты, трудоемкость испытаний, а также использование дополнительного оборудования (стенды, специализированные кронштейны и т.д.) и необходимость выставки базы в известное азимутальное положение, либо его измерение. Кроме того необходимо корректно отделить систематическую составляющую ошибки выходной характеристики от других ошибок, например от ошибок, вызванных коническими колебаниями в осях механической виброподставки (ВП).Important factors (limitations) in assessing systematic errors are the time spent, the laboriousness of the tests, as well as the use of additional equipment (stands, specialized brackets, etc.) and the need to exhibit the base to a known azimuthal position, or its measurement. In addition, it is necessary to correctly separate the systematic component of the output characteristic error from other errors, for example, from errors caused by conical vibrations in the axes of a mechanical vibration mount (VP).
Известен способ [1, 2] оценки систематических погрешностей, заключающийся в том, что проводят поочередную выставку каждой оси чувствительности в вертикальное положение и проводят измерения в каждом положении в течение некоторого времени, оценивают систематическую составляющую измеренной угловой скорости по каждой оси по среднему значению измерений за вычетом вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли на данной широте места.There is a known method [1, 2] for assessing systematic errors, which consists in the fact that each axis of sensitivity is alternately placed in a vertical position and measurements are taken in each position for some time, the systematic component of the measured angular velocity along each axis is estimated by the average value of measurements for subtracting the vertical component of the angular velocity of the Earth's rotation at a given latitude.
Недостатками данного способа являются необходимость использования специализированного кронштейна для выставки каждой оси чувствительности в вертикальное положение, а также большие временные затраты, необходимые для определения систематических погрешностей по каждой из трех осей чувствительности в отдельности, и высокая трудоемкость, обусловленная повторными операциями закрепления трехосного гироскопа на специализированном кронштейне.The disadvantages of this method are the need to use a specialized bracket for exposing each axis of sensitivity to a vertical position, as well as the large time required to determine systematic errors for each of the three axes of sensitivity separately, and high labor intensity due to repeated operations of fixing the three-axis gyroscope on a specialized bracket ...
Известен способ [2, 3] оценки систематических погрешностей трехосного гироскопа, заключающийся в том, что последовательно измеряют проекции угловой скорости вращения Земли в двух различных азимутальных положениях на поворотном столе, затем решают систему уравнений с нелинейными ограничениями, при этом поворот совершают вокруг оси, несовпадающей ни с одной из осей чувствительности трехосного гироскопа.There is a known method [2, 3] for assessing the systematic errors of a triaxial gyroscope, which consists in the fact that the projections of the angular velocity of the Earth's rotation in two different azimuthal positions on the turntable are successively measured, then a system of equations with nonlinear constraints is solved, while the rotation is made around an axis that does not coincide with none of the sensitivity axes of the triaxial gyroscope.
Недостатком данного способа является необходимость использования высокоточного поворотного стенда (требование по точности позиционирования менее 30'').The disadvantage of this method is the need to use a high-precision rotary stand (the requirement for positioning accuracy is less than 30 '').
Наиболее близким к заявленному является способ [4] оценки систематических погрешностей трехосного гироскопа, заключающийся в определении разности между средними значениями систематической составляющей измеренной угловой скорости и проекциями вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли в нескольких азимутальных положениях относительно вертикальной оси базы трехосного гироскопа.The closest to the claimed method is [4] for assessing systematic errors of a triaxial gyroscope, which consists in determining the difference between the average values of the systematic component of the measured angular velocity and the projections of the vertical component of the angular velocity of the Earth's rotation in several azimuthal positions relative to the vertical axis of the base of the triaxial gyroscope.
Недостатком данного и всех способов, рассмотренных выше, является то, что при расчете систематических ошибок измерительных каналов трехосного лазерного гироскопа не происходит отделение систематических ошибок от ошибок, вызванных коническими движениями в осях ВП.The disadvantage of this and all the methods discussed above is that when calculating the systematic errors of the measuring channels of a triaxial laser gyroscope, there is no separation of systematic errors from errors caused by conical motions in the VP axes.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является оценка систематических погрешностей трехосного лазерного гироскопа в нескольких азимутальных положениях (полученных поворотом с точностью 1° и хуже), с учетом ошибки вызванной коническими движениями вибрационной подставки.The problem to be solved by the invention is to evaluate the systematic errors of a triaxial laser gyroscope in several azimuthal positions (obtained by turning with an accuracy of 1 ° and worse), taking into account the error caused by the conical movements of the vibration stand.
Технический результат заключается в повышении достоверности оценки систематических погрешностей трехосного гироскопа, и как следствие в повышении точностных характеристик датчика с одновременным уменьшением трудоемкости процесса измерений.The technical result consists in increasing the reliability of assessing the systematic errors of the triaxial gyroscope, and, as a consequence, in increasing the accuracy of the sensor while reducing the complexity of the measurement process.
Технический результат достигается за счет того, что в способе оценки систематических дрейфов трехосного лазерного гироскопа, заключающемся в определении разности между средним значением систематической составляющей измеренной угловой скорости и проекцией вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли, выполняют высокочастотные измерения в нескольких азимутальных положениях относительно вертикальной оси базы трехосного лазерного гироскопа, перевод в нормальную земную систему координат с помощью матрицы ориентации, компенсацию составляющей, обусловленной коническими движениями в осях виброподставки трехосного лазерного гироскопа с помощью алгоритма ориентации, цифровую фильтрацию углов ориентации, их обратный перевод из нормальной земной системы координат в измерительные оси трехосного лазерного гироскопа и переход от углов ориентации к измерениям температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) (с помощью обратных кинематических соотношений); цифровую обработку измерений осуществляют путем построения аппроксимирующих функций, коэффициенты которых содержат информацию о характере изменения проекций угловой скорости вращения Земли; обработки коэффициентов аппроксимации, содержащих информацию о систематических дрейфах гироскопа.The technical result is achieved due to the fact that in the method for assessing systematic drifts of a triaxial laser gyroscope, which consists in determining the difference between the average value of the systematic component of the measured angular velocity and the projection of the vertical component of the angular velocity of the Earth's rotation, high-frequency measurements are performed in several azimuthal positions relative to the vertical axis of the base of the triaxial laser gyroscope, translation into the normal terrestrial coordinate system using an orientation matrix, compensation of the component caused by conical movements in the axes of the vibration support of a triaxial laser gyroscope using an orientation algorithm, digital filtering of orientation angles, their reverse translation from the normal terrestrial coordinate system into the measuring axes of a triaxial laser gyroscope and the transition from the angles of orientation to measurements of the temperature coefficient of linear expansion (TCLE) (using inverse kinematic relations); digital processing of measurements is carried out by constructing approximating functions, the coefficients of which contain information about the nature of changes in the projections of the angular velocity of the Earth's rotation; processing of approximation coefficients containing information on systematic gyroscope drifts.
К существенным отличиям заявляемого изобретения относятся необходимость высокочастотного съема и обработки информации с частотой, на порядок превышающей собственную частоту ВП трехосного гироскопа, применение алгоритма ориентации, для расчета углов Эйлера, цифровой фильтрации углов Эйлера и использования обратных кинематических соотношений для получения приращений измеренных углов с целью исключения из оценки систематического дрейфа ошибки, обусловленной коническими движениями в осях ВП.Significant differences of the claimed invention include the need for high-frequency readout and processing of information with a frequency that is an order of magnitude higher than the natural frequency of the VP of a triaxial gyroscope, the use of an orientation algorithm for calculating Euler angles, digital filtering of Euler angles and using inverse kinematic relations to obtain increments of measured angles in order to eliminate from an estimate of the systematic drift of the error caused by conical motions in the airspace axes.
Данный способ реализуют следующим образом.This method is implemented as follows.
На рисунке 1 представлена схема реализации данного способа, согласно которой проводят высокочастотные измерения выходных сигналов гироскопа в нескольких азимутальных положениях (например, в 12-х положениях с поворотом в азимуте через 30° (рисунок 2)). При проведении испытаний начальный азимут может быть произвольным (требования к выставке азимута не предъявляются).Figure 1 shows a diagram of the implementation of this method, according to which high-frequency measurements of the output signals of the gyroscope are carried out in several azimuthal positions (for example, in 12 positions with a rotation in azimuth every 30 ° (Figure 2)). When conducting tests, the initial azimuth can be arbitrary (there are no requirements for the azimuth alignment).
Полученные измерения из системы координат, связанной с осями чувствительности трехосного лазерного гироскопа, переводятся в навигационную систему координат с помощью умножения на соответствующую матрицу ориентации М, которая определяется исходя из расположения осей чувствительности гироскопа относительно основания установки. Например, если оси чувствительности образуют с плоскостью основания угол 35°15'92'', то матрица перехода будет равна:The obtained measurements from the coordinate system associated with the axes of the sensitivity of the triaxial laser gyroscope are converted into the navigation coordinate system by multiplying by the corresponding orientation matrix M, which is determined based on the location of the axes of the gyroscope's sensitivity relative to the base of the installation. For example, if the sensitivity axes form an angle of 35 ° 15'92 '' with the base plane, then the transition matrix will be equal to:
Далее измерения подаются на алгоритм ориентации (например, на двухшаговый алгоритм ориентации 2-го порядка), который компенсирует конические движения и постоянные ошибки, обусловленные этим движением, из показаний гироскопа.The measurements are then fed to an orientation algorithm (for example, a 2-step orientation algorithm of the 2nd order), which compensates for conical movements and permanent errors caused by this movement from the gyroscope readings.
Рассчитанные углы ориентации пропускают через цифровой фильтр для исключения (минимизации) гармонических колебаний виброподставки прибора. Применяемый цифровой полосовой фильтр (bandstop filter) получен объединением передаточных функций трех режекторных фильтров с частотами подавления равными:The calculated orientation angles are passed through a digital filter to exclude (minimize) harmonic vibrations of the vibration support of the device. The applied digital bandstop filter is obtained by combining the transfer functions of three notch filters with suppression frequencies equal to:
1-й - частота ВП минус 10 Гц;1st - VP frequency minus 10 Hz;
2-й - частота ВП;2nd - EP frequency;
3-й - частота ВП плюс 10 Гц.3rd - VP frequency plus 10 Hz.
С помощью обратных кинематических соотношений из рассчитанных углов Эйлера получают приращения измеренного угла трехосного гироскопа (рисунок 3).Using the inverse kinematic relations, the increments of the measured angle of the triaxial gyroscope are obtained from the calculated Euler angles (Figure 3).
Далее с помощью умножения на матрицу ориентации MT измерения переводятся из навигационной системы координат обратно в систему координат, связанную с осями чувствительности трехосного лазерного гироскопа.Then, by multiplying by the orientation matrix M T, the measurements are transferred from the navigation coordinate system back to the coordinate system associated with the sensitivity axes of the triaxial laser gyroscope.
Затем повторно формируют массивы измерений, каждый из которых аппроксимируют тригонометрической функцией вида:Then the arrays of measurements are re-formed, each of which is approximated by a trigonometric function of the form:
ωapr=C1⋅sin(C2+αr0)+C3,ω apr = C 1 ⋅sin (C 2 + αr 0 ) + C 3 ,
где C1, C2, C3, α0 - параметры, определяемые по результатам аппроксимации - амплитуда, частота, смещение, начальная фаза соответственно.where C 1 , C 2 , C 3 , α 0 - parameters determined from the results of approximation - amplitude, frequency, displacement, initial phase, respectively.
Коэффициент С3 - коэффициент смещения - включает в себя систематическую погрешность гироскопа и постоянную составляющую, обусловленную вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли на данной широте места. Вычисляя проекцию вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли по известной формуле [5] (Ωy=ΩE⋅sin(B), где В - широта места, ΩE=15,04°/час - модуль угловой скорости вращения Земли) можно выделить систематические погрешности по каждому каналу трехосного гироскопа.Coefficient C 3 - the coefficient of displacement - includes the systematic error of the gyroscope and a constant component due to the vertical component of the angular velocity of the Earth's rotation at a given latitude. Calculating the projection of the vertical component of the angular velocity of the Earth's rotation according to the well-known formula [5] (Ω y = Ω E ⋅sin (B), where B is the latitude of the place, Ω E = 15.04 ° / hour is the modulus of the angular velocity of the Earth's rotation), systematic errors for each channel of the triaxial gyroscope.
Проверка работоспособности предложенного способа оценки систематических погрешностей трехосного гироскопа была проведена на модельных данных и по результатам натурных испытаний трехосного лазерного гироскопа. Главное преимущество предлагаемого способа является то, что вначале проводится компенсация конических движений в осях ВП, приводящих к дополнительной ошибке в измерениях (результаты реальных включений прибора показывают, что ошибка от конических движений ВП в каждом канале достигает 1°/час и может меняться в зависимости от пространственного положения прибора). Исключение данной ошибки, позволит более качественно проводить оценку систематических дрейфов трехосного лазерного гироскопа с ВП.The performance check of the proposed method for evaluating systematic errors of a triaxial gyroscope was carried out on model data and on the results of field tests of a triaxial laser gyroscope. The main advantage of the proposed method is that first, the compensation of the conical movements in the VP axes is carried out, leading to an additional error in measurements (the results of real switching on of the device show that the error from the conical movements of the VP in each channel reaches 1 ° / hour and can vary depending on spatial position of the device). The elimination of this error will allow for a better assessment of the systematic drifts of a triaxial laser gyroscope with VP.
Источники информацииInformation sources
1. Чувствительный элемент ЧЭ-03. Проверка. Техническая приемка. Инструкция. ИСМЯ.433741.029И1, п. 5.2.4.11. Sensing element ЧЭ-03. Checking. Technical acceptance. Instruction. ISMYA.433741.029I1, p. 5.2.4.1
2. Суханов С.В., Гурлов Д.В. Алгоритмы оценки погрешностей трехосного лазерного гироскопа // Тезисы докладов XX научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Королев, 2014. С. 218-220.2. Sukhanov S.V., Gurlov D.V. Algorithms for evaluating the errors of a triaxial laser gyroscope // Abstracts of the XX Scientific and Technical Conference of Young Scientists and Specialists. Korolev, 2014.S. 218-220.
3. Федоров А.Е., Рекунов Д.А., Переляев С.Е., Челноков Ю.Н. Калибровка блока инерциальных чувствительных элементов и моделирование автономного режима функционирования инерциальной системы на базе монолитного трехкомпонентного лазерного гироскопа // Новости навигации, 2010, №3. С. 20-25.3. Fedorov AE, Rekunov DA, Perelyaev SE, Chelnokov Yu.N. Calibration of the block of inertial sensing elements and modeling of the autonomous mode of functioning of the inertial system based on a monolithic three-component laser gyroscope // Navigation News, 2010, no. S. 20-25.
4. Гурлов Д.В., Суханов С.В. Способ оценки погрешностей трехосного гироскопа: пат.№2619443 РФ / 10.05.2017 Бюл. №13.4. Gurlov D.V., Sukhanov S.V. Method for evaluating the errors of a triaxial gyroscope: Pat. No. 2619443 RF / 10.05.2017 Byull. No. 13.
5. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем // СПб.: ГНЦ РФ ОАО "Концерн "ЦНИИ Электроприбор", 2009. - 280 с. ISBN 978-5-900180-73-3. С. 119.5. Matveev V.V., Raspopov V.Ya. Fundamentals of building strapdown inertial navigation systems // St. Petersburg: State Research Center of the Russian Federation OJSC "Concern" TsNII Elektropribor, 2009. - 280 pp. ISBN 978-5-900180-73-3. P. 119.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019143980A RU2748030C1 (en) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Method for assessment of systematic wandering of triaxial laser gyro with vibrating baseplate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019143980A RU2748030C1 (en) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Method for assessment of systematic wandering of triaxial laser gyro with vibrating baseplate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2748030C1 true RU2748030C1 (en) | 2021-05-19 |
Family
ID=75919840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019143980A RU2748030C1 (en) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Method for assessment of systematic wandering of triaxial laser gyro with vibrating baseplate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2748030C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560742C1 (en) * | 2014-04-15 | 2015-08-20 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" (АО "ВНИИ "Сигнал") | Method of azimuth determination |
| CN106643802A (en) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 北京奇艺世纪科技有限公司 | Gyroscopic drift correction method and gyroscopic drift correction device |
| RU2619443C2 (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-15 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method of error estimating of three-axis gyroscope |
-
2019
- 2019-12-26 RU RU2019143980A patent/RU2748030C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560742C1 (en) * | 2014-04-15 | 2015-08-20 | Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" (АО "ВНИИ "Сигнал") | Method of azimuth determination |
| RU2619443C2 (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-15 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method of error estimating of three-axis gyroscope |
| CN106643802A (en) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 北京奇艺世纪科技有限公司 | Gyroscopic drift correction method and gyroscopic drift correction device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Poddar et al. | A comprehensive overview of inertial sensor calibration techniques | |
| CN110325833B (en) | System for accurately measuring structure and method thereof | |
| US8311757B2 (en) | Miniaturized smart self-calibration electronic pointing method and system | |
| CA1330455C (en) | Electronic tilt measuring system | |
| RU2558724C2 (en) | Diagnostic complex for determination of pipeline position, and method for determining relative displacement of pipeline as per results of two and more inspection passes of diagnostic complex for determination of pipelines position | |
| KR101739390B1 (en) | Method for improving the accuracy of self-alignment about the inertial navigation system through gravitational error compensation | |
| US10310132B2 (en) | Absolute vector gravimeter and methods of measuring an absolute gravity vector | |
| CN113720330B (en) | Sub-arc-second-level high-precision attitude determination design and implementation method for remote sensing satellite | |
| RU2619443C2 (en) | Method of error estimating of three-axis gyroscope | |
| Zaitsev et al. | Study of systems error compensation methods based on molecular-electronic transducers of motion parameters | |
| US8566055B1 (en) | Gyro indexing compensation method and system | |
| RU2462690C1 (en) | Integrated inertial satellite system for orientation and navigation | |
| RU2717566C1 (en) | Method of determining errors of an inertial unit of sensitive elements on a biaxial rotary table | |
| RU2748030C1 (en) | Method for assessment of systematic wandering of triaxial laser gyro with vibrating baseplate | |
| RU2339002C1 (en) | Method of evaluation of navigation parameters of operated mobile objects and related device for implementation thereof | |
| Binder | Construction of a geographically oriented horizon trihedron in gyroscopic orientation systems intended to aid navigation dead reckoning part 1. Gyroscopic orientation with a correctable pendulum. Implementation in a free gyroscope | |
| RU2723976C1 (en) | Method for determining angular orientation of ground vehicle | |
| RU2711572C1 (en) | Method for independent determination of three-axis gyrostabilizer platform departures | |
| RU2560742C1 (en) | Method of azimuth determination | |
| Dzhandzhgava et al. | Strapdown inertial navigation system based on a hemispherical resonance gyro | |
| Lu et al. | Self-calibration of gyro asymmetry for single-axis forward–reverse rotating inertial navigation system under arbitrary attitude | |
| RU2507392C1 (en) | Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer | |
| RU2526585C2 (en) | Determination of stationary wave orientation angle in solid-state wave gyro | |
| RU2782334C1 (en) | Method for determining object orientation parameters using semi-analytical inertial navigation system with geographical orientation of four-axis gyroplatform axes | |
| RU2795393C1 (en) | Method for bench calibration of a three-channel accelerometer unit |