專利名稱：一種慣性系統(tǒng)的托架標(biāo)定和補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于慣性技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于航空、航天、航海、陸基導(dǎo)航定位的慣性系統(tǒng)的托架標(biāo)定和補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
慣性系統(tǒng)用于測量運(yùn)載體的姿態(tài)、航向、位置、角速率、加速度等信息，提供給駕駛員或自動駕駛儀實現(xiàn)對運(yùn)載體的正確操縱或控制。姿態(tài)信息(俯仰角和橫滾角)安全性要求最高，是運(yùn)載體上最重要的參數(shù)之一，因此需要確保慣性系統(tǒng)姿態(tài)的準(zhǔn)確性。目前，慣性系統(tǒng)裝機(jī)時需要進(jìn)行調(diào)水平，S卩，將慣性系統(tǒng)的基準(zhǔn)面與運(yùn)載體基準(zhǔn)面調(diào)整一致，在此狀態(tài)下慣性系統(tǒng)才能正確反映運(yùn)載體的姿態(tài)。慣性系統(tǒng)調(diào)水平時，通常需要先將運(yùn)載體調(diào)到水平位置，再通過不斷調(diào)整慣性系統(tǒng)下的墊片厚度使慣性系統(tǒng)的基準(zhǔn)面到水平位置，從而使慣性系統(tǒng)的基準(zhǔn)面與運(yùn)載體的基準(zhǔn)面達(dá)到平行狀態(tài)。整個過程十分費(fèi)時費(fèi)力，特別是當(dāng)運(yùn)載體體積較大或慣性系統(tǒng)安裝位置空間比較狹小時，工作將更加困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種省時省力的一種慣性系統(tǒng)的托架標(biāo)定和補(bǔ)償方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，慣性系統(tǒng)分為標(biāo)定和補(bǔ)償兩部分，在慣性系統(tǒng)正常工作之前，首先對慣性系統(tǒng)的托架進(jìn)行標(biāo)定，在慣性系統(tǒng)正常工作時，對慣性系統(tǒng)的托架進(jìn)行補(bǔ)償。(一 )托架標(biāo)定1.)將運(yùn)載體調(diào)整到水平位置，將運(yùn)載體上的“托架標(biāo)定選擇開關(guān)”閉合；2.)啟動慣性系統(tǒng)，慣性系統(tǒng)得到計算機(jī)可以識別的輸入數(shù)字量，慣性系統(tǒng)進(jìn)入托架標(biāo)定狀態(tài)；3.)慣性系統(tǒng)工作在托架標(biāo)定狀態(tài)的同時，通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；4.)此時，慣性系統(tǒng)實時計算其感測到的俯仰角和橫滾角，慣性系統(tǒng)的計算機(jī)實時記錄2-30分鐘的俯仰角數(shù)據(jù)和橫滾角數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄結(jié)束后，分別求俯仰角的平均值θ ^ 和橫滾角的平均值Y ο，俯仰角的平均值θ ο和橫滾角的平均值Yci即為俯仰角安裝誤差和橫滾角安裝誤差；5.)將計算得到的俯仰角的平均值θ ^和橫滾角的平均值Ytl通過慣性系統(tǒng)總線傳輸并分別儲存到外部補(bǔ)償器的俯仰角安裝誤差存儲單元和橫滾角安裝誤差存儲單元中；6.)托架標(biāo)定結(jié)束，系統(tǒng)退出托架標(biāo)定狀態(tài)并通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；7.)關(guān)閉慣性系統(tǒng)；(二)托架補(bǔ)償1.)將運(yùn)載體上的“托架標(biāo)定選擇開關(guān)”斷開；2.)啟動慣性系統(tǒng)，慣性系統(tǒng)得到計算機(jī)可以識別的輸入數(shù)字量，慣性系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)；3.)慣性系統(tǒng)工作在正常工作狀態(tài)的同時，通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；4.)慣性系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線將儲存在外部補(bǔ)償器中的俯仰角安裝誤差θ ^和橫滾角安裝誤差Y C1讀入慣性系統(tǒng)的計算機(jī)中；5.)慣性系統(tǒng)實時計算其感測到的俯仰角θ和橫滾角Y，慣性系統(tǒng)對感測到的俯仰角θ和橫滾角Υ進(jìn)行以下計算，得到俯仰角輸出和橫滾角輸出俯仰角輸出=θ-θ0橫滾角輸出=y-y0O所述的運(yùn)載體平面與當(dāng)?shù)卣鎸嵥矫娴乃秸`差范圍在0. 01-0. 1度范圍內(nèi)。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果，本發(fā)明采用與慣性系統(tǒng)獨(dú)立的外部補(bǔ)償器的方式，將一些與運(yùn)載體或托架有關(guān)的參數(shù)(如俯仰安裝誤差、橫滾安裝誤差、磁傳感器的羅差數(shù)據(jù)等等)一次性放在外部補(bǔ)償器內(nèi)，當(dāng)正常工作時，慣性系統(tǒng)可以直接從外部補(bǔ)償器內(nèi)提取數(shù)據(jù)，省去了大量的調(diào)平時間和調(diào)平工作。外部補(bǔ)償器是一個簡單的儲存器，其可靠性相對于慣性系統(tǒng)來說非常高，通常慣性系統(tǒng)的平均故障間隔時間(MTBF)在數(shù)百小時到幾千小時，而外部儲存器的MTBF很容易的做到幾十萬小時甚至更高，因此將一些與運(yùn)載體或托架有關(guān)的參數(shù)放在外部補(bǔ)償器內(nèi)非?？煽?，解決了運(yùn)載體上慣性系統(tǒng)故障或更換慣性系統(tǒng)后與運(yùn)載體有關(guān)的參數(shù)丟失的問題，在慣性系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，慣性系統(tǒng)的俯仰安裝誤差、 橫滾安裝誤差及磁傳感器的羅差數(shù)據(jù)等參數(shù)依然儲存在外部補(bǔ)償器內(nèi)。慣性系統(tǒng)正常工作時從外部補(bǔ)償器中直接調(diào)用這些數(shù)據(jù)用來進(jìn)行相關(guān)計算，即可以反映運(yùn)載體的真實狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明托架標(biāo)定流程圖。圖2是本發(fā)明托架補(bǔ)償流程圖。圖3是本發(fā)明輸入離散量轉(zhuǎn)換電路原理圖。圖4是本發(fā)明輸出離散量轉(zhuǎn)換電路原理圖。
具體實施例方式該托架標(biāo)定和補(bǔ)償方法的應(yīng)用依賴慣性系統(tǒng)的兩個特性1.)慣性系統(tǒng)具有較高精度的姿態(tài)輸出(或者在靜態(tài)環(huán)境下精度較高，高于慣性系統(tǒng)要求的安裝精度)；2.)托架上安裝慣性系統(tǒng)具有高度的機(jī)械重復(fù)性，即托架安裝精度很高。慣性系統(tǒng)安裝在運(yùn)載體內(nèi)的托架上，當(dāng)運(yùn)載體調(diào)到水平后，慣性系統(tǒng)感測到的姿態(tài)即為托架未進(jìn)行調(diào)水平帶來的誤差(即慣性系統(tǒng)基準(zhǔn)面與運(yùn)載體基準(zhǔn)面的俯仰角安裝誤差和橫滾角安裝誤差)。正常工作時，慣性系統(tǒng)感測到的俯仰角減去俯仰角安裝誤差得到運(yùn)載體的真實俯仰角，慣性系統(tǒng)感測到的橫滾角減去橫滾角安裝誤差得到運(yùn)載體的真實橫滾角。但是該方法同時帶來一個問題，如果慣性系統(tǒng)的標(biāo)定數(shù)據(jù)放在系統(tǒng)內(nèi)部，那么慣性系統(tǒng)故障或更換慣性系統(tǒng)后將會丟失這些標(biāo)定數(shù)據(jù)，也就是說換一個慣性系統(tǒng)就需要重新標(biāo)定一次。這將給工作人員帶來了很多重復(fù)性工作。慣性系統(tǒng)分為標(biāo)定和補(bǔ)償兩部分在慣性系統(tǒng)正常工作之前，首先對慣性系統(tǒng)的托架進(jìn)行標(biāo)定；在慣性系統(tǒng)正常工作時，對慣性系統(tǒng)的托架進(jìn)行補(bǔ)償。(一 )托架標(biāo)定1.)將運(yùn)載體調(diào)整到水平位置(當(dāng)運(yùn)載體的姿態(tài)精度要求高于或等于0. 05度時， 將運(yùn)載體基準(zhǔn)面調(diào)整到0. 01度；當(dāng)運(yùn)載體的姿態(tài)精度要求高于或等于0. 5度時，將運(yùn)載體基準(zhǔn)面調(diào)整到0. 1度)，將運(yùn)載體上的“托架標(biāo)定選擇開關(guān)”閉合；2.)啟動慣性系統(tǒng)，慣性系統(tǒng)得到計算機(jī)可以識別的輸入數(shù)字量，慣性系統(tǒng)進(jìn)入托架標(biāo)定狀態(tài)；3.)慣性系統(tǒng)工作在托架標(biāo)定狀態(tài)的同時，通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；4.)此時，慣性系統(tǒng)實時計算其感測到的俯仰角和橫滾角，慣性系統(tǒng)的計算機(jī)實時記錄2-30分鐘的俯仰角數(shù)據(jù)和橫滾角數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄結(jié)束后，分別求俯仰角的平均值θ ^ 和橫滾角的平均值Y ο，俯仰角的平均值θ ο和橫滾角的平均值Yo即為俯仰角安裝誤差和橫滾角安裝誤差；5.)將計算得到的俯仰角的平均值θ ^和橫滾角的平均值Ytl通過慣性系統(tǒng)總線傳輸并分別儲存到外部補(bǔ)償器的俯仰角安裝誤差存儲單元和橫滾角安裝誤差存儲單元中；6.)托架標(biāo)定結(jié)束，系統(tǒng)退出托架標(biāo)定狀態(tài)并通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；7.)關(guān)閉慣性系統(tǒng)；(二)托架補(bǔ)償1.)將運(yùn)載體上的“托架標(biāo)定選擇開關(guān)”斷開；2.)啟動慣性系統(tǒng)，慣性系統(tǒng)得到計算機(jī)可以識別的輸入數(shù)字量，慣性系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)；3.)慣性系統(tǒng)工作在正常工作狀態(tài)的同時，通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；4.)慣性系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線將儲存在外部補(bǔ)償器中的俯仰角安裝誤差θ ^和橫滾角安裝誤差Y C1讀入慣性系統(tǒng)的計算機(jī)中；5.)慣性系統(tǒng)實時計算其感測到的俯仰角θ和橫滾角Y，慣性系統(tǒng)對感測到的俯仰角θ和橫滾角Υ進(jìn)行以下計算，得到俯仰角輸出和橫滾角輸出俯仰角輸出=θ-θ0橫滾角輸出=y-y0O實施例1.托架標(biāo)定，流程如圖2所示。1.)將運(yùn)載體調(diào)整到與水平位置(例如使運(yùn)載體平面與當(dāng)?shù)卣鎸嵥矫娴恼`差在 0. 1度范圍內(nèi))，將慣性系統(tǒng)上的“托架標(biāo)定選擇開關(guān)”閉合，即輸入離散量“托架標(biāo)定”接地。2.)啟動慣性系統(tǒng)，硬件上由光耦及相關(guān)電路(如圖3)實現(xiàn)對輸入離散量的電氣轉(zhuǎn)換，得到計算機(jī)I/O可以識別的輸入數(shù)字量(標(biāo)定控制字“0”有效、“1”無效，此時為“0”)；計算機(jī)軟件判到數(shù)字量為“0”后控制系統(tǒng)進(jìn)入托架標(biāo)定狀態(tài)。3.)系統(tǒng)工作在托架標(biāo)定狀態(tài)的同時通過離散量對外指示其工作狀態(tài)。計算機(jī)置 I/O輸出數(shù)字量為“0”，通過相關(guān)電路(如圖4)轉(zhuǎn)換最終置離散出無效(輸出28V高電平)。4.)此時，慣性系統(tǒng)實時計算其感測到的俯仰角和橫滾角，慣性系統(tǒng)的計算機(jī)實時記錄數(shù)分鐘(如5分鐘)的俯仰角數(shù)據(jù)和橫滾角數(shù)據(jù)。5分鐘后，分別求俯仰角的平均值 θ 0(即俯仰角安裝誤差)和橫滾角的平均值即橫滾角安裝誤差)。5.)將計算得到的90和Y ^通過總線(如SPI總線)傳輸并分別儲存到外部補(bǔ)償器的俯仰角安裝誤差存儲單元和橫滾角安裝誤差存儲單元中。6.)托架標(biāo)定結(jié)束，系統(tǒng)退出托架標(biāo)定狀態(tài)并通過離散量對外指示其工作狀態(tài)。 計算機(jī)置I/O輸出數(shù)字量為“1”，通過相關(guān)電路(如圖4)轉(zhuǎn)換最終置離散出有效(輸出懸空)。7.)關(guān)閉慣性系統(tǒng)。再次啟動慣導(dǎo)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，流程如圖5所示。1.)將慣性系統(tǒng)上的“托架標(biāo)定選擇開關(guān)”斷開，即輸入離散量“托架標(biāo)定”懸空。2.)啟動慣性系統(tǒng)，由光耦及相關(guān)電路(如圖3)實現(xiàn)對輸入離散量的電氣轉(zhuǎn)換，得到計算機(jī)I/O可以識別的輸入數(shù)字量(標(biāo)定控制字“0”有效、“1”無效，此時為“1”)；計算機(jī)通過軟件判到輸入數(shù)字量為“ 1，，后控制系統(tǒng)進(jìn)入其正常工作狀態(tài)。3.)系統(tǒng)通過離散量對外指示其正常工作狀態(tài)。計算機(jī)置I/O輸出數(shù)字量為 “1”(標(biāo)定狀態(tài)字“0”有效、“1”無效，此時為“1”)，通過相關(guān)電路轉(zhuǎn)換最終置離散出無效 (輸出懸空)。4.)正常工作狀態(tài)下，慣性系統(tǒng)實時計算其感測到的俯仰角θ和橫滾角Υ，系統(tǒng)軟件對感測到的俯仰角和橫滾角進(jìn)行以下計算得到俯仰角輸出和橫滾角輸出俯仰角輸出=θ-θ0橫滾角輸出=y-y0O
權(quán)利要求
1. 一種慣性系統(tǒng)的托架標(biāo)定和補(bǔ)償方法，其特征是，慣性系統(tǒng)分為標(biāo)定和補(bǔ)償兩部分， 在慣性系統(tǒng)正常工作之前，首先對慣性系統(tǒng)的托架進(jìn)行標(biāo)定，在慣性系統(tǒng)正常工作時，對慣性系統(tǒng)的托架進(jìn)行補(bǔ)償，(一)托架標(biāo)定，1.)將運(yùn)載體調(diào)整到水平位置，將運(yùn)載體上的“托架標(biāo)定選擇開關(guān)”閉合；2.)啟動慣性系統(tǒng)，慣性系統(tǒng)得到計算機(jī)可以識別的輸入數(shù)字量，慣性系統(tǒng)進(jìn)入托架標(biāo)定狀態(tài)；3.)慣性系統(tǒng)工作在托架標(biāo)定狀態(tài)的同時，通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；4.)此時，慣性系統(tǒng)實時計算其感測到的俯仰角和橫滾角，慣性系統(tǒng)的計算機(jī)實時記錄 2-30分鐘的俯仰角數(shù)據(jù)和橫滾角數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄結(jié)束后，分別求俯仰角的平均值θ ^和橫滾角的平均值Υο，俯仰角的平均值θο和橫滾角的平均值Yci即為俯仰角安裝誤差和橫滾角安裝誤差；5.)將計算得到的俯仰角的平均值Qtl和橫滾角的平均值Ytl通過慣性系統(tǒng)總線傳輸并分別儲存到外部補(bǔ)償器的俯仰角安裝誤差存儲單元和橫滾角安裝誤差存儲單元中；6.)托架標(biāo)定結(jié)束，系統(tǒng)退出托架標(biāo)定狀態(tài)并通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；7.)關(guān)閉慣性系統(tǒng)；(二)托架補(bǔ)償1.)將運(yùn)載體上的“托架標(biāo)定選擇開關(guān)”斷開；2.)啟動慣性系統(tǒng)，慣性系統(tǒng)得到計算機(jī)可以識別的輸入數(shù)字量，慣性系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)；3.)慣性系統(tǒng)工作在正常工作狀態(tài)的同時，通過慣性系統(tǒng)中的輸出離散量電路指示其工作狀態(tài)；4.)慣性系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線將儲存在外部補(bǔ)償器中的俯仰角安裝誤差θ^和橫滾角安裝誤差Y C1讀入慣性系統(tǒng)的計算機(jī)中；5.)慣性系統(tǒng)實時計算其感測到的俯仰角θ和橫滾角Y，慣性系統(tǒng)對感測到的俯仰角 θ和橫滾角Y進(jìn)行以下計算，得到俯仰角輸出和橫滾角輸出俯仰角輸出=θ"θ0橫滾角輸出=Y-Y00
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種慣性系統(tǒng)的托架標(biāo)定和補(bǔ)償方法，其特征是，所述的運(yùn)載體平面與當(dāng)?shù)卣鎸嵥矫娴乃秸`差范圍在0. 01-0. 1度范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明屬于慣性技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于航空、航天、航海、陸基導(dǎo)航定位的慣性系統(tǒng)的托架標(biāo)定和補(bǔ)償方法。本發(fā)明采用與慣性系統(tǒng)獨(dú)立的外部補(bǔ)償器的方式，將一些與運(yùn)載體有關(guān)的參數(shù)一次性放在外部補(bǔ)償器內(nèi)，當(dāng)正常工作時，慣性系統(tǒng)可以直接從外部補(bǔ)償器內(nèi)提取數(shù)據(jù)，省去了大量的調(diào)平時間和調(diào)平工作。將一些與運(yùn)載體或托架有關(guān)的參數(shù)(如俯仰安裝誤差、橫滾安裝誤差、磁傳感器的羅差數(shù)據(jù)等等)放在外部補(bǔ)償器內(nèi)非?？煽?，解決了運(yùn)載體上慣性系統(tǒng)故障或更換慣性系統(tǒng)后與運(yùn)載體有關(guān)的參數(shù)丟失的問題，在慣性系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，慣性系統(tǒng)的俯仰安裝誤差、橫滾安裝誤差及磁傳感器的羅差數(shù)據(jù)等參數(shù)依然儲存在外部補(bǔ)償器內(nèi)。
文檔編號G05D1/10GK102426456SQ20111026716
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者黨進(jìn), 劉剛, 張樂, 賀超 申請人:中國航空工業(yè)第六一八研究所