專利名稱：一種光纖陀螺標度因數非對稱性誤差的系統(tǒng)級標定方法
技術領域：
本發(fā)明屬于慣性技術領域，涉及慣性器件的系統(tǒng)級標定方法，具體地說，是指一種光纖陀螺標度因數非對稱性誤差的系統(tǒng)級標定方法。
背景技術：
標定技術是慣性導航領域的核心技術之一，是一種對誤差的辨識技術，即建立慣性元件和慣導系統(tǒng)的誤差數學模型，通過一系列的試驗求解出誤差模型中的誤差項，進而通過軟件算法來對誤差進行補償。標定可以從軟件方面來提高慣導系統(tǒng)的精度，常見的標定誤差項有加速度計和陀螺的零偏誤差、標度因數誤差、安裝誤差等。按層次來分，標定可分為分立式標定和系統(tǒng)級標定。當前分立式標定方法的理論研究已較為成熟，而系統(tǒng)級標定方法是由20世紀80年代開始發(fā)展起來，目前正成為標定技術研究的熱點。分立式標定是直接利用加速度計和陀螺儀的輸出作為觀測量來對其誤差參數進行辨識。國家軍用標準光纖陀螺儀測試方法(GJB2426A-2004)規(guī)定了用于標定光纖陀螺儀標度因數不對稱性的測試標準。分立式標定通過設計合適的旋轉編排路徑以抵消地球自轉和重力加速度對慣導系統(tǒng)標定的影響。該方法標定精度受隨機噪聲影響，通常需對同一系統(tǒng)進行多次測試取其平均值。系統(tǒng)級標定是利用慣性導航輸出的系統(tǒng)誤差作為觀測量來辨識慣性器件的誤差參數。與分立式標定相比，系統(tǒng)級標定的算法相對復雜，但系統(tǒng)級標定能抑制標定過程中的測量噪聲，并縮短標定時間，提高標定精度。系統(tǒng)級標定又分為擬合標定和濾波標定。擬合標定是通過建立特定運動激勵觀測導航誤差，擬合估計器件誤差參數。擬合標定方法一般將導航速度變化率或比力作為觀測量。濾波標定是指通過設計Kalman濾波器，將慣導系統(tǒng)各器件誤差參數作為濾波器狀態(tài)，觀測導航誤差濾波估計各器件誤差參數。光纖陀螺是光學陀螺的一種，是 檢測角速度的傳感器。光纖陀螺采用的是Sagnac干涉原理，用光纖繞成環(huán)形光路并檢測出隨轉動而產生的反向旋轉的兩路激光束之間的相位差，由此計算出旋轉的角速度。光纖陀螺與傳統(tǒng)的機械陀螺在原理上有本質的不同，具有機械陀螺無法比擬的優(yōu)點，目前已經成為慣性制導和導航領域的一項關鍵技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決現有技術中分立式標定方法受隨機噪聲影響大，標定精度受轉臺影響的技術問題，提供了一種光纖陀螺標度因數非對稱性誤差的系統(tǒng)級標定方法，所述的標定方法包括如下步驟:步驟一:將慣組安裝到轉臺上，慣組初始朝向為東一北一天(X— Y— Z)。慣組通電預熱30分鐘,采樣周期dt = 0.01s。步驟二:第一位置旋轉:開始采集慣組數據，首先靜置15秒，然后使慣組以Vl的角速度繞X軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒，停止采數。
步驟三:第二位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟二旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組X軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒。停止采數。步驟四:第三位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟三旋轉完畢位置靜置15秒 30秒,然后使轉臺以vl的角速度繞慣組X軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒。停止采數。步驟五:第四位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟四旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Y軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒。停止采數。步驟六:第五位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟五旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Y軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒。停止采數。步驟七:第六位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟六旋轉完畢位置靜置15秒 30秒,然后使 轉臺以vl的角速度繞慣組Y軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒。停止采數。步驟八:第七位置旋轉:將慣組安裝到轉臺上，三個坐標軸Y-Z-X分別朝向天一東一北。開始采集慣組數據，首先靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Z軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒。停止采數。步驟九:第八位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟八旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Z軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒。停止采數。步驟十:第九位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟九旋轉完畢位置靜置15秒 30秒,然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Z軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒。停止采數。步驟十一:對以上各組慣組采集的數據分別進行離線導航解算，并計算系統(tǒng)速度誤差。步驟十二:設計卡爾曼濾波器，得到t時刻系統(tǒng)速度誤差一階導數的估計量。步驟十三:解析計算，求出陀螺標度因數非對稱性誤差。步驟十四:將步驟一到步驟十重復執(zhí)行2次，旋轉的角速度分別取為v2和v3。對采集得到的數據進行誤差觀測和解算，方法與步驟十一到步驟十三相同。對計算得到的不同角速度下的光纖陀螺標度因數非對稱性誤差結果取平均值，作為最終標定結果。上述速度vl、v2、v3均在10° /s 30° /s范圍內選取,并且vl、v2、v3互不相等，優(yōu)選為 vl 為 10° /s，v2 為 20° /s，v3 為 30° /s。本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)基于系統(tǒng)級方法可準確地標定出光纖陀螺的標度因數非對稱性誤差。(2)可有效降低隨機噪聲對標定結果的影響，減小標定對轉臺精度的依賴程度。


圖1:本發(fā)明提供的標定方法中轉臺旋轉路徑編排示意圖2 圖10:分別為第一位置 第九位置旋轉過程導航速度誤差，通過對各組旋轉過程中的仿真器件數據(含誤差)進行慣性導航解算得到；圖11 19:分別為第一位置 第九位置旋轉過程速度誤差變化率的估計值。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1所示的轉臺旋轉路徑編排示意圖，本發(fā)明通過轉臺的九位置旋轉，計算得到系統(tǒng)速度誤差，通過卡爾曼濾波器得到t時刻系統(tǒng)速度誤差一階導數的估計量，最后通過擬合計算得到陀螺標度因數非對稱性誤差，為了確保最終標定結果的準確性，轉臺重復三次進行九位置旋轉，并將三次計算得到的陀螺標度因數非對稱性誤差進行平均作為最終的標定結果，具體標定方法如下:步驟一:將慣組安裝到轉臺上，慣組初始朝向為東一北一天(X— Y— Z)。慣組通電預熱30分鐘,采樣周期dt = 0.01s。步驟二:第一位置旋轉，見圖1。開始采集慣組數據，首先靜置15秒，然后使慣組以10° /s的角速度繞X軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒，停止采數。步驟三:第二位置旋轉，見圖1。開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟二旋轉完畢位置靜置15秒，然后使轉臺以10° /s的角速度繞慣組X軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒。停止采數。步驟四:第三位置旋轉，見圖1。開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟三旋轉完畢位置靜置15秒，然后使轉臺以10° /s的角速度繞慣組X軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒。停止采數。步驟五:第四位置旋轉，見圖1。開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟四旋轉完畢位置靜置15秒，然后使轉臺以10° `/s的角速度繞慣組Y軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒。停止采數。步驟六:第五位置旋轉，見圖1。開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟五旋轉完畢位置靜置15秒，然后使轉臺以10° /s的角速度繞慣組Y軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒。停止采數。步驟七:第六位置旋轉，見圖1。開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟六旋轉完畢位置靜置15秒，然后使轉臺以10° /s的角速度繞慣組Y軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒。停止采數。步驟八:第七位置旋轉，見圖1。將慣組安裝到轉臺上，三個坐標軸Y-Z-X分別朝向天一東一北。開始采集慣組數據，首先靜置15秒，然后使轉臺以10° /s的角速度繞慣組Z軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒。停止采數。步驟九:第八位置旋轉，見圖1。開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟八旋轉完畢位置靜置15秒，然后使轉臺以10° /s的角速度繞慣組Z軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒。停止采數。步驟十:第九位置旋轉，見圖1。開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟九旋轉完畢位置靜置15秒，然后使轉臺以10° /s的角速度繞慣組Z軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒。停止采數。至此共九位置旋轉完畢。
步驟十一:對以上各組慣組采集的數據分別進行離線導航解算，并計算系統(tǒng)速度誤差，見圖2 圖10。將每次數據采集對應的起始時刻記為Ttl，轉動前靜置15秒的末時刻記為T1，轉動完靜置15秒的末時刻記為T2。由于慣組只有角運動沒有線運動，系統(tǒng)速度誤差而:；⑴可用下式表示:Sv1jU) = Vii(I)其中i = I 9,表示第i位置旋轉。j = X，y, z,表示對應j軸向的速度誤差，(0為t時刻導航解算得到的速度。步驟十二:設計卡爾曼濾波器。狀態(tài)變量為其中
分別為系統(tǒng)速度誤差&纟(0的一階導數和二階導數。使用標準卡爾曼方程進
行迭代，濾波完畢可得到t時刻系統(tǒng)速度誤差一階導數的估計量見圖11-圖19。系統(tǒng)狀態(tài)方程:
權利要求
1.一種光纖陀螺標度因數非對稱性誤差的系統(tǒng)級標定方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:將慣組安裝到轉臺上，慣組初始朝向為東一北一天；慣組通電預熱，設定采樣周期； 步驟二:第一位置旋轉:開始采集慣組數據，首先靜置15秒 30秒，然后使慣組以Vl的角速度繞X軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒，停止采數； 步驟三:第二位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟二旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組X軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒；停止采數； 步驟四:第三位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟三旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組X軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒；停止采數； 步驟五:第四位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟四旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Y軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒；停止采數； 步驟六:第五位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟五旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Y軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒；停止采數； 步驟七:第六位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟六旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞 慣組Y軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒；停止采數； 步驟八:第七位置旋轉:將慣組安裝到轉臺上，三個坐標軸Y-Z-X分別朝向天一東一北；開始采集慣組數據，首先靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Z軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒；停止采數； 步驟九:第八位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟八旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Z軸正向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒；停止采數； 步驟十:第九位置旋轉:開始采集慣組數據，首先使慣組在步驟九旋轉完畢位置靜置15秒 30秒，然后使轉臺以vl的角速度繞慣組Z軸負向旋轉180°，旋轉完畢再靜置15秒 30秒；停止采數； 步驟十一:對以上各組慣組采集的數據分別進行離線導航解算，并計算系統(tǒng)速度誤差; 步驟十二:設計卡爾曼濾波器，得到t時刻的系統(tǒng)速度誤差一階導數的估計量； 步驟十三:解析計算，求出陀螺標度因數非對稱性誤差； 步驟十四:將步驟一到步驟十重復執(zhí)行，每次重復執(zhí)行都更換不同的旋轉角速度；對每次重復執(zhí)行采集得到的數據進行誤差觀測和解算，方法與步驟十一到步驟十三相同；對計算得到的不同角速度下的光纖陀螺標度因數非對稱性誤差結果取平均值，作為最終標定結果。
2.根據權利要求1所述的一種光纖陀螺標度因數非對稱性誤差的系統(tǒng)級標定方法，其特征在于:步驟一中所述的慣組通電預熱時間為30分鐘，采樣周期dt = 0.0ls0
3.根據權利要求1所述的一種光纖陀螺標度因數非對稱性誤差的系統(tǒng)級標定方法，其特征在于:所述的旋轉角速度在10° /s 30° /s范圍內選取，并且每次旋轉角速度互不相等。
4.根據權利要求1所述的一種光纖陀螺標度因數非對稱性誤差的系統(tǒng)級標定方法，其特征在于:步驟十四中，步驟一到步驟十重復執(zhí)行2次，每次的旋轉角速度分別為:vl為10。/s，v2 為 20° /s，v3 為 30° /s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖陀螺標度因數非對稱性誤差的系統(tǒng)級標定方法，屬于慣性技術領域。本發(fā)明通過轉臺的九位置旋轉，計算得到系統(tǒng)速度誤差，通過卡爾曼濾波器得到系統(tǒng)速度誤差一階導數的t時刻的估計量，最后得到光纖陀螺標度因數非對稱性誤差，為了確保最終標定結果的準確性，轉臺重復多次進行九位置旋轉，并將多次計算得到的光纖陀螺標度因數非對稱性誤差進行平均作為最終的標定結果。本發(fā)明解決了現有技術中分立式標定方法受隨機噪聲影響大，標定精度受轉臺影響的技術問題，可準確地標定出光纖陀螺的標度因數非對稱性誤差；有效降低隨機噪聲對標定結果的影響，減小標定對轉臺精度的依賴程度。
文檔編號G01C25/00GK103245358SQ201310116648
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權日2012年6月5日
發(fā)明者蘆佳振, 張春熹, 李保國, 湯卓 申請人:北京航空航天大學