專利名稱：一種提高光纖陀螺尋北儀精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航、制導(dǎo)及控制領(lǐng)域，尤其涉及一種提高光纖陀螺尋北儀精度的方法。
背景技術(shù)：
在軍事應(yīng)用領(lǐng)域和工程測量領(lǐng)域，如導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)、地面雷達系統(tǒng)、隧道巷道修建等，都存在著自主定向需求。陀螺尋北儀作為一種精密慣性測量儀器，對精確定向，提高軍用系統(tǒng)精度和工程效率有著至關(guān)重要的作用。光纖陀螺是一種全固態(tài)陀螺,具有穩(wěn)定耐沖擊、啟動時間短、溫度范圍寬、體積小、重量輕、功耗低等特點，較機械陀螺具有非常明顯的優(yōu)勢。因此，采用光纖陀螺的尋北儀，小型化程度更高、功耗更低、性價比更高。 光纖陀螺尋北儀的方位基準由尋北儀機箱上的基準決定。如圖I所示，基準面定為尋北儀左側(cè)面(面0ABC)，安裝面定為尋北儀底面(面0XbYb)。取基準面上的0點為原點建立尋北儀基體坐標系(簡稱基體系)，記為b系。OXb軸垂直于基準面并指向右方，OYb軸平行于基準面和安裝面并指向前方，OZb軸垂直于安裝面并指向上方。同時，導(dǎo)航坐標系選取為當?shù)氐乩碜鴺讼担c亦取0，記為n系，如圖I所示。OXn軸指向東，OYn軸指向北，OZn軸指向天。尋北儀的姿態(tài)角分別是俯仰角0、方位角V、橫滾角Y。如圖I所示，俯仰角為OYb軸與水平面的夾角。方位角為OYb軸在水平面內(nèi)的投影(OYb')與地理北向(OYn軸方向)的夾角。橫滾角為面OABC與過OYb軸的垂面ODEF的夾角。尋北儀的全姿態(tài)是指尋北儀姿態(tài)角處于下述定義域時的所有狀態(tài)方位角V的定義域為
上述這類傳統(tǒng)的四位置尋北方法一般有以下要求(1)轉(zhuǎn)位機構(gòu)轉(zhuǎn)過的四個位置需要嚴格正交，即轉(zhuǎn)位機構(gòu)的轉(zhuǎn)角誤差需要足夠小。(2)忽略轉(zhuǎn)位機構(gòu)相對于基體系的安裝誤差，該誤差主要指轉(zhuǎn)軸和尋北儀安裝面(如底面OZbYb)的不垂直程度，即轉(zhuǎn)軸的方位誤差。(3)光纖陀螺敏感軸和加速度計敏感軸需要平行，即光纖陀螺以及加速度計的安裝誤差需要嚴格控制，從而使加速度計測得的傾斜角為光纖陀螺的傾斜角，否則會帶來尋北誤差。由此可見，傳統(tǒng)方法存在以下缺陷(1)無法完全消除轉(zhuǎn)位機構(gòu)的轉(zhuǎn)角誤差和轉(zhuǎn)軸方位誤差。(2)往往忽略由于光纖陀螺和加速度計的安裝誤差而引起的尋北解算誤差。
(3)要求尋北儀各器件和機構(gòu)的加工精度高，但光纖陀螺的敏感軸是虛軸，很難通過工藝保
證敏感軸的失準角，從而難以保證它與加速度計敏感軸的平行性。理論分析與實驗結(jié)果表明，對于使用光纖陀螺和加速度計作為慣性測量器件的尋北儀，工作在全姿態(tài)下時，轉(zhuǎn)位機構(gòu)的轉(zhuǎn)角誤差、光纖陀螺和加速度計的敏感軸不平行以及其他安裝誤差所引起的尋北誤差，能夠達到相當于一個密位(0. 06度)的誤差量級，并且會隨著尋北儀傾斜角的增大而增加。因此，這些誤差對于高精度全姿態(tài)尋北儀(尋北精度優(yōu)于I密位)來說是必須消除的。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種提高光纖陀螺尋北儀精度的方法，采用全姿態(tài)下的四位置尋北方法，能夠消除轉(zhuǎn)位機構(gòu)誤差以及光纖陀螺和加速度計的安裝誤差造成的尋北解算誤差。本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下(I)尋北儀標定標定過程中，轉(zhuǎn)位機構(gòu)要求轉(zhuǎn)到尋北時所需停留的各個位置。即轉(zhuǎn)位機構(gòu)到達第i個位置，i = I 4，分別對光纖陀螺和加速度計進行標定。光纖陀螺經(jīng)過標定，得到標度因數(shù)Kf、安裝誤差EXFi、EYFi、EZFi。加速度計經(jīng)過標定，得到標度因數(shù)Ka、安裝誤差EXAi、EYAi、EZAi。最終得到標度因數(shù)共2個，安裝誤差共計8組24個。(2)數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理將轉(zhuǎn)位機構(gòu)轉(zhuǎn)到第i個位置，i = I 4，測試t秒光纖陀螺輸出值并取平均值，記為Fi，同時測試t秒加速度計輸出值并取平均值，記為化。測試時間t由待測光纖陀螺的精度決定，具體通過Allan方差分析方法得到。最終得到光纖陀螺輸出值4個，加速度計輸出值4個。(3)計算基體系加速度分量基體系加速度分量Ax，AY，Aji足以下方程組，其中g(shù)(l為當?shù)刂亓铀俣?br> A -A
= ExaMxHEyai-
K.A- -2.;」...=(EM2+C￡W2 — Ew)Ar +(Ez42 — Ezu M2(I)
Ax2+Ai2+ A22 =g0z基體系加速度方程組的求解過程為
權(quán)利要求
1.一種提高光纖陀螺尋北儀精度的方法，其特征在于，該方法的步驟如下 (1)尋北儀標定 標定過程中，轉(zhuǎn)位機構(gòu)要求轉(zhuǎn)到尋北時所需停留的位置；即轉(zhuǎn)位機構(gòu)到達第i個位置， i= I 4，分別對光纖陀螺和加速度計進行標定；光纖陀螺經(jīng)過標定，得到標度因數(shù)Kf、安裝誤差EXFi、EYFi、Ezpi ;加速度計經(jīng)過標定，得到標度因數(shù)Ka、安裝誤差EXAi、EYAi、Ezm ;最終得到標度因數(shù)共2個，安裝誤差共計8組24個； (2)數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理 將轉(zhuǎn)位機構(gòu)轉(zhuǎn)到第i個位置，i = I 4，測試t秒光纖陀螺輸出值并取平均值，記為Fi,同時測試t秒加速度計輸出值并取平均值，記為Ai,測試時間t由待測光纖陀螺的精度決定，具體通過Allan方差分析方法得到，最終得到4個光纖陀螺輸出值，4個加速度計輸出值； (3)計算基體系加速度分量 基體系加速度分量Ax，Ay, Az滿足以下方程組，其中Stl為當?shù)刂亓铀俣龋? 基體系加速度方程組的求解過程為 本方程存在兩組解，分別為Ax+，Ay+，Az+和Ax-，Ay-, Az,通過下式即可確定最終解(4)計算尋北儀的俯仰角9、橫滾角Y，其中g(shù)。為當?shù)刂亓铀俣?(5)計算基體系角速度分量 基體系角速度分量《bx， by. bZ滿足以下方程組，其中為地球自轉(zhuǎn)角速度， 基體系角速度方程組的求解過程為 本方程存在兩組解，分別為Obx+，Wby+, 0:和Obx—，Oby—，Obz—，通過下式即可確定最終解 ￡ += I cobx+ cos 9 sin Y -coby+ sin 9 -cobz+ cos 9 cos Y + coesinO | e —=| cobs" cos 9 sin y -coby" sin Q _cobz— cos 9 cos Y + coesinO | (7)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高光纖陀螺尋北儀精度的方法。該方法的步驟如下對尋北儀標定得到光纖陀螺和加速度計的標度因數(shù)和安裝誤差；在經(jīng)過系統(tǒng)安裝誤差標定的基礎(chǔ)上，進行四位置數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，然后計算基體系各軸加速度，得到尋北儀的俯仰角和橫滾角；再對基體系各軸角速度進行計算和判定，最后得出尋北儀方位角。本發(fā)明消除了轉(zhuǎn)位機構(gòu)的轉(zhuǎn)角誤差和轉(zhuǎn)軸方位誤差所引起的尋北誤差；消除了光纖陀螺和加速度計的安裝誤差所引起的尋北誤差；降低了尋北儀工藝要求，無需再從工藝上消除安裝誤差，同時轉(zhuǎn)位機構(gòu)轉(zhuǎn)過的四個位置不再需要嚴格正交；提高了全姿態(tài)下光纖陀螺尋北儀的尋北精度。
文檔編號G01C25/00GK102735231SQ201210209028
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者劉承, 周一覽, 楊建華, 樓奇哲 申請人:浙江大學(xué)