專利名稱：：船用高精度光纖陀螺組件標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種測S方法，特別是涉及一種船用高精度光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)光纖陀螺組件的標(biāo)定技術(shù)。(二)
背景技術(shù)：
：標(biāo)定技術(shù)是一種從軟件方面提髙慣導(dǎo)實(shí)際使用精度的方法。標(biāo)定技術(shù)本質(zhì)上是一種誤差補(bǔ)償技術(shù)。所謂誤差補(bǔ)償技術(shù)就是建立慣性元件和慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差數(shù)學(xué)模荊，通過一定的試驗(yàn)來確定模型系數(shù)，進(jìn)而通過軟件算法來消除誤差。慣性元件和慣導(dǎo)系統(tǒng)在出廠之前，必須通過標(biāo)定來確定基本的誤差數(shù)學(xué)模型參數(shù)，以保證元件和系統(tǒng)的正常工作。而且慣性元件高階誤差項(xiàng)的研究、慣導(dǎo)系統(tǒng)惡劣動(dòng)態(tài)環(huán)境下的誤差補(bǔ)償都是在標(biāo)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，可以說標(biāo)定工作是整個(gè)誤差補(bǔ)償技術(shù)的基礎(chǔ)。國內(nèi)光纖陀螺器件的研制還不夠成熟，性能指標(biāo)都還不能達(dá)到船用髙精度導(dǎo)航系統(tǒng)的要求。標(biāo)定的目的就是建立慣性器件組件和載體坐標(biāo)系之間的關(guān)系，以便根據(jù)慣性器件的輸出得到正確的載體姿態(tài)。常用的陀螺組件標(biāo)定方法是通過速率試驗(yàn)激勵(lì)山陀蟝的標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差角，通過零位試驗(yàn)激勵(lì)山陀螺的零位。國內(nèi)現(xiàn)有高精度二軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到船用高精度性能指標(biāo)對其速率的要求。因此，從現(xiàn)有設(shè)備入手，設(shè)計(jì)山適用于船用髙精度光纖陀螺組件性能指標(biāo)要求的標(biāo)定方法，是--項(xiàng)亟待解決的技術(shù)。(三)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠精確激勵(lì)出船用高精度光纖陀螺組件各項(xiàng)誤差參數(shù)的船用髙精度光纖陀螺組件標(biāo)定方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(1)將捷聯(lián)慣性組件安裝在高精度三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)上，預(yù)熱陀蠊組件；(2)根據(jù)三軸光纖陀螺組件靜態(tài)誤差數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)六位置標(biāo)定方案標(biāo)定高精度光纖陀螺組件，按照本發(fā)明所設(shè)計(jì)的標(biāo)定方案編定三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)程序，在工控機(jī)上設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)控制程序，將轉(zhuǎn)臺(tái)分別定位在(0°,0°,0°)、(180°,180°，0。)、(180°，0°，0°)、(180。，0°,270。)、(180°，0°，90°)、(0°,0°,90°)六個(gè)位置，調(diào)用工控機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)程序?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)臺(tái)的控制，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集三軸陀螺組件的輸出；(3)對陀螺的輸出按照六位置標(biāo)定原理用matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到陀螺組件的各項(xiàng)誤差參數(shù)，完成對陀螺組件的標(biāo)定。本發(fā)明還可以包括如下特征K三軸光纖陀螺組件靜態(tài)誤差數(shù)學(xué)模型為=4+4必，++々:其中，A^、Nw、N辟分別為X、Y、Z三個(gè)軸光纖陀螺的輸出；4、B。、C。分別為二個(gè)軸光纖陀螺的零位誤差；4、B,、C,分別為三個(gè)軸光纖陀螺的標(biāo)度岡數(shù)；4、4、B2、B3、C2、C3分別為三個(gè)軸光纖陀螺的安裝誤差；所述工控機(jī)上設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)控制程序，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)釆集陀螺組件輸出的方法為1)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角逨率(0ffl,eCOS伊ffl^sin伊f其中叫e為地球Q轉(zhuǎn)角速率，伊為當(dāng)?shù)氐乩砭暥取?i:控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(o',o'0°),定位時(shí)間10分鐘；2)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°3)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率.l二控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°4)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°5)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率:i:控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°6)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率(0—扱紐cos伊必紐sin伊)180°，0°),定位時(shí)間IO分鐘(0cos伊—ofesin伊)r0°，(T)，定位時(shí)間IO分鐘；，270°)，定位時(shí)間IO分鐘；(一a)紐cos伊0—sin伊)7，90°)，定位時(shí)間10分鐘；cos爐0<fesin爐)700工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(0°，0。，90°)，定位時(shí)間IO分鐘工控機(jī)程序設(shè)定完畢，保存工控機(jī)程序(下次運(yùn)行時(shí)可以直接調(diào)用已保存程序)，調(diào)用數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采集程序，運(yùn)行工控機(jī)程序，工控機(jī)實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)臺(tái)的控制，轉(zhuǎn)臺(tái)按照工控機(jī)設(shè)定程序內(nèi)框、中框、外框分別定位在位置l一東北天方向、位置2—西南大方向、位置3—西北地方向、位置4一北東地方向、位置5—南兩地方向、位置6—北西大方向各10分鐘，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集陀螺組件在這六個(gè)位置的輸山；2、所述對數(shù)據(jù)采集計(jì)箅機(jī)采集陀螺組件的原始輸山用matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到陀螺組件的各項(xiàng)誤差參數(shù)的方法為1)將位置(1)的三軸陀螺輸出減位置(2)的II軸陀螺輸山W伊i-W伊「24zfi^咖P廣2=2^咖伊由此得到安裝誤差4、B2、C2:2)將位置(1)的三軸陀螺輸出減位置(3)的三軸陀螺輸出由此得到安裝誤差4、B3、C3;3)將位置(4〉的二軸陀嫘輸山減位置(5)的三軸陀螺輸出W伊廣^grf二2C,ffl',COS伊由此得到安裝誤差4、BPC1;4)將位置(2)的》z軸陀螺輸出加位置(3)的》z軸陀螺輸山:W2C。由此得到》z軸的的陀螺零位B。、C。；5)將位置(5)的;c軸陀嫘輸出加位置(6)的jc軸陀蠊輸出由此得到j(luò)c軸的陀蠊零位4)。轉(zhuǎn)臺(tái)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示表1三車由慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)主耍技術(shù)指標(biāo)測角精度±3'測角重復(fù)性定位精度±3'速率范圍0.001--150o/s速率精度lX10-s(a^l0。/s,360°平均)1X1(X4(10。/s〉a^l。/s，10。平均)1X10-3(fiXl。/s，l。平均)通過對以上兒個(gè)位置三軸陀螺組件輸山數(shù)據(jù)處理，可以精確激勵(lì)出陀螺組件的12個(gè)誤差參數(shù)，至此二軸陀螺組件的標(biāo)定工作完成。本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)沿用原有的標(biāo)定設(shè)備，沒有增加任何的任何根本，所設(shè)計(jì)的標(biāo)定方案操作簡單，標(biāo)定精度髙，標(biāo)定出的誤差參數(shù)用于后續(xù)的導(dǎo)航，比傳統(tǒng)的標(biāo)定方案精度提髙30%。對本發(fā)明的有益效果說明如下用同一高精度三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)對同一三軸陀螺組件用不同的標(biāo)定方案進(jìn)行標(biāo)定，并將標(biāo)定出的三軸陀螺組件誤差參數(shù)用于同一組導(dǎo)航數(shù)據(jù)的matlab仿究.，標(biāo)定結(jié)果如表2所示。將兩組標(biāo)定結(jié)果用于導(dǎo)航，傳統(tǒng)的標(biāo)定方法應(yīng)用在四位置旋轉(zhuǎn)監(jiān)控試驗(yàn)中，定位誤差是4.38nm/15h,:此六位置標(biāo)定方法應(yīng)ffl在四位置旋轉(zhuǎn)監(jiān)控試驗(yàn)中，定位誤差是1.64nm/15h,此陀螺組件標(biāo)定方法比傳統(tǒng)的陀螺組件標(biāo)定方法定位精度提髙66.25%。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(四)圖1為陀螺組件標(biāo)定流程圖；圖2為位置1三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位；圖3為位置2三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位；圖4為位置3三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位；圖5為位置4三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位；圖6為位置5三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位；圖7為位置6三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方位圖8為傳統(tǒng)標(biāo)定方案導(dǎo)航誤差圖9為此標(biāo)定方案的導(dǎo)航誤差。(五)具體實(shí)施例方式卜'面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述(1)將捷聯(lián)慣性組件安裝在髙精度三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)上，預(yù)熱陀螺組件(2)按照標(biāo)定方案編定二軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)程序并調(diào)用轉(zhuǎn)臺(tái)程序?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)臺(tái)的控制，采集三軸陀嫘組件的輸出；1)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率其中叫e為地球自轉(zhuǎn)角速率，0°),定位時(shí)間10分鐘；2)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位3)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位4)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率.[:控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(0必紐cos伊sin伊)7(1)伊為當(dāng)?shù)氐乩砭暥?。工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(0°,0°，(0-叫￡咖伊(D^sin伊)r(2)(180°,180',0°)，定位時(shí)間10分鐘；(0<2>,ecosp—fi^sin伊)7(3)(180°,0。，0°)，定位時(shí)間10分鐘(<otecosp0-ffl紐sin伊)1(4)(180°,0。，270°),定位時(shí)間10分鐘；5)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率:(一o;,ecos伊0—sin伊/(5)工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°,0°，90a)，定位時(shí)間10分鐘；(叫eCos伊0a^sin伊)(6)6)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率匚控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(0°，0°，90°)，定位時(shí)間10分鐘；r:控機(jī)程序設(shè)定完畢，保存工控機(jī)程序(卜'次運(yùn)行時(shí)可以直接調(diào)用已保存程序)，調(diào)片J數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采集程序，運(yùn)行.i:控機(jī)程序，丁控機(jī)實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)臺(tái)的控制，轉(zhuǎn)臺(tái)按照:i:控機(jī)設(shè)定程序內(nèi)框、中框、外框分別定位在位置i—東北大方向、位置2—內(nèi)'南天方向、位置3—叫北地方向、位置4—北東地方向、位置5—南西地方向、位置6"北兩天方向各IO分鐘，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集陀螺組件在這六個(gè)位置的輸山；(3)根據(jù)三軸光纖陀螺組件靜態(tài)誤差數(shù)學(xué)模型和六位置標(biāo)定方案原理，對陀螺的原始輸山用matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到陀螺組件的各項(xiàng)誤差參數(shù)，完成對陀螺組件的標(biāo)定。三軸光纖陀螺組件靜態(tài)誤差數(shù)學(xué)模型=5。++52ffl,+其中，Wff、N雙、Np分別為X、Y、Z三個(gè)軸光纖陀螺的輸山；(7)^、B。、C。分別為三個(gè)軸光纖陀螺的零位誤差4、BpC,分別為三個(gè)軸光纖陀螺的標(biāo)度因數(shù)；^、4、B2、B3、C2、C^分別為三個(gè)軸光纖陀螺的安裝誤差。1)將位置(1)的三軸陀螺輸出減位置(2)的三軸陀螺輸山得—^gyz=252,ecos伊(8)這樣可以計(jì)算出安裝誤差4、B2、C2:4-2必扭cos伊丑'-(10)c~「~222叫,cos伊2)將位置(1)的三軸陀螺輸出減位置(3)的三軸陀螺輸出i—3=24fesin伊-3=2jBj叫,sin爐(11)計(jì)算出安裝誤差4、B3、C3:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>3)將位置(4)的二軸陀螺輸出減位置(5)的三軸陀螺輸出:-5二25,ffl,cCOS伊計(jì)算出安裝誤差4、B,、C1:-5-ZC^ffl'eCOS^j,—^丑二4-31之必紐cos伊12叫e咖伊計(jì)算出y、z軸的的陀螺零位B。、C。50=(W2C。-(+^)/25)將位置(5)的jc軸陀螺輸出加位置(6)的jc軸陀嫘輸山:計(jì)算出JC軸的陀蠊零位4:4>=(5+6)/2至此，陀螺的12個(gè)誤差參數(shù)全部標(biāo)出，標(biāo)定l:作完成。(12)(13)(14)4)將位置(2)的》z軸陀螺輸出加位置(3)的》z軸陀螺輸山(15)(16)(17)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(18)權(quán)利要求1、一種船用高精度光纖陀螺組件標(biāo)定方法，其特征是(1)將捷聯(lián)慣性組件安裝在高精度三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)上，陀螺組件的X、Y、Z軸與高精度三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)的內(nèi)、中、外框平行，預(yù)熱陀螺組件；(2)根據(jù)三軸光纖陀螺組件靜態(tài)誤差數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)六位置標(biāo)定方案標(biāo)定高精度光纖陀螺組件，按照標(biāo)定方案編定三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)程序，在工控機(jī)上設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)控制程序，將轉(zhuǎn)臺(tái)分別定位在(0°，0°，0°)、(180°，180°，0°)、(180°，0°，0°)、(180°，0°，270°)、(180°，0°，90°)、(0°，0°，90°)六個(gè)位置，調(diào)用工控機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)程序?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)臺(tái)的控制，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集三軸陀螺組件的輸出；(3)對陀螺的輸出按照六位置標(biāo)定原理用matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到陀螺組件的各項(xiàng)誤差參數(shù)，完成對陀螺組件的標(biāo)定。2、根據(jù)權(quán)利耍求1所述的船用髙精度光纖陀螺組件標(biāo)定方法，其特征是三軸光纖陀螺組件靜態(tài)誤差數(shù)學(xué)模荊為iV爐=4)+4r+^2,+=丑O+51化++丑3化iV伊=C。+C,ffl,+C2fi^+C3ffl,其中，N雙、N^分別為X、Y、Z三個(gè)軸光纖陀螺的輸出；4、B。、C。分別為三個(gè)軸光纖陀螺的零位誤差；^、BpC,分別為三個(gè)軸光纖陀螺的標(biāo)度因數(shù)；^、4、B2、B3、C2、C3分別為三個(gè)軸光纖陀蠊的安裝誤差；所述工控機(jī)上設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)控制程序，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集陀螺組l牛輸出的方法為1)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率(0叫,cos爐fflfcSin爐)7'其中叫e為地球自轉(zhuǎn)角速率，伊為當(dāng)?shù)氐乩砭暥取９た貦C(jī)設(shè)定定位程序，定位(0°，0°0°),定位時(shí)間10分鐘2)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°3)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°4)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°5)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(180°6)輸入轉(zhuǎn)臺(tái)角速率(0—0)/eCOS伊必,eSin伊)7180°,Oa)，定位時(shí)間IO分鐘(0cos伊一必紐sin伊)70°，(T)，定位時(shí)間IO分鐘；(必紐cos伊0—必紐sin伊)7^0°，270°)，定位時(shí)間IO分鐘(一必紐cos伊0—sin伊)70°，90a)，定位時(shí)間IO分鐘cos伊0必紐sin伊)7工控機(jī)設(shè)定定位程序，定位(0°，0°,90°),定位時(shí)間10分鐘工控機(jī)程序設(shè)定完畢，保存工控機(jī)程序，調(diào)用數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采集程序，運(yùn)行工控機(jī)程序，工控機(jī)實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)臺(tái)的控制，轉(zhuǎn)臺(tái)按照工控機(jī)設(shè)定程序內(nèi)框、中框、外框分別定位在位置l一東北天方向、位置2—西南天方向、位置3—西北地方向、位置4一北東地方向、位置5一南西地方向、位置6~~北西天方向各10分鐘，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)采集陀螺組件在這六個(gè)位置的輸出。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的船用高精度光纖陀嫘組件標(biāo)定方法，其特征是所述對陀螺的原始輸出用matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到陀螺組件的各項(xiàng)誤差參數(shù)的方法為-1)將位置(1)的三軸陀螺輸出減位置(2)的三軸陀螺輸出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>由此得到安裝誤差4、B2、C2;2)將位置(1)的三軸陀螺輸出減位置(3)的三軸陀螺輸出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>由此得到安裝誤差4、B3、C3;3)將位置(4)的三軸陀螺輸出減位置(5)的三軸陀螺輸出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>由此得到安裝誤差4、BPCI;4)將位置(2)的y、z軸陀嫘輸出加位置(3)的》z軸陀嫘輸山<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>由此得到y(tǒng)、z軸的的陀螺零位B。、C。；5)將位置(5)的x軸陀螺輸出加位置(6)的;c軸陀螺輸出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>由此得到*軸的陀嫘零位4。全文摘要一種船用高精度光纖陀螺組件標(biāo)定方法。(1)將捷聯(lián)慣性組件安裝在高精度三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)上，陀螺組件的X、Y、Z軸與高精度三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)的內(nèi)、中、外框平行，預(yù)熱陀螺組件；(2)按照六位置標(biāo)定方案在工控機(jī)上編定三軸慣導(dǎo)測試轉(zhuǎn)臺(tái)程序，工控機(jī)調(diào)用轉(zhuǎn)臺(tái)程序?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)臺(tái)的控制，數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采集陀螺組件的輸出；(3)按照六位置標(biāo)定原理對陀螺的原始輸出用matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到陀螺組件的各項(xiàng)誤差參數(shù)，完成對陀螺組件的標(biāo)定。本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)沿用原有的標(biāo)定設(shè)備，沒有增加任何的成本，所設(shè)計(jì)的標(biāo)定方案操作簡單，標(biāo)定精度高，將傳統(tǒng)的標(biāo)定結(jié)果和六位置標(biāo)定結(jié)果分別應(yīng)用在四位置旋轉(zhuǎn)監(jiān)控試驗(yàn)中，新的標(biāo)定方法15h的導(dǎo)航精度提高62.55％。文檔編號G01C25/00GK101639364SQ20091007256公開日2010年2月3日申請日期2009年7月22日優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日發(fā)明者強(qiáng)于,磊吳,奔粵陽,鑫張,博徐,偉王,浩董,趙桂玲,陳世同,高洪濤申請人:哈爾濱工程大學(xué)