[发明专利]一种基于角速率台的单波束激光测速仪标定方法

权利要求书

1.一种基于角速率台的单波束激光测速仪标定方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤1、将单波束激光测速仪与惯导系统构成的组合导航系统通过工装安装到单轴角速率台上，安装时使惯组X_b轴方向与角速率台的切线方向平行，同时使单波束激光测速仪紧靠在角速率转台的边缘，调整工装的高度使得激光测速仪激光束能打到地面；

步骤2、设定M个角速率台转速点，预定M≥10，在每个转速点下，角速率台转动稳定后，测试5分钟的激光测速仪输出并取平均值；

步骤3、通过工装调整组合导航系统的朝向和位置，使惯组Y_b轴方向与角速率台的切线方向平行，同时使单波束激光测速仪紧靠在角速率台的边缘，调整工装的高度使得激光测速仪激光束能打到地面；

步骤4、设定M个角速率台转速点，预定M≥10，在每个转速点下，角速率台转动稳定后，测试5分钟的激光测速仪输出并取平均值；

步骤5、通过工装调整组合导航系统的朝向和位置，使惯组Z_b轴方向与角速率台的切线方向平行，同时使单波束激光测速仪紧靠在角速率台的边缘，调整工装的高度使得激光测速仪激光束能打到地面；

步骤6、设定M个角速率台转速点，预定M≥10，在每个转速点下，角速率台转动稳定后，测试5分钟的激光测速仪输出并取平均值；

步骤7、计算单波束测速仪标度因数误差与三个安装角；

步骤8、标定精度评价分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于角速率台的单波束激光测速仪标定方法，其特征在于：步骤7中所述的单波束激光测速仪标度因数误差和三个安装角的计算，其具体实现过程说明如下：

设激光测速仪与惯组的X_b轴、Y_b轴、Z_b轴的安装夹角分别为α、β、γ，定义δK为激光测速仪标度因数误差，当组合导航系统在三维空间运动时，设惯组X_b，Y_b，Z_b三个坐标轴方向的速度分别为激光测速仪测速方向的速度为V_L，根据分解关系，与V_L之间满足以下关系式：

VL=(1+δK)(Vxbcosα+Vybcosβ+Vzbcosγ)---(1)]]>

在步骤2中，角速率台在M个角速率点ω_i(i=2,…M)下转台时，惯组X_b轴与台面切线平行，惯组Y_b、Z_b轴方向的速度均为零，式（1）简化如下：

VL=Vxb·(1+δK)cosα---(2)]]>

假设组合导航系统距离角速率台面中心距离为R，则在各个角速率台转速点ω_i(i＝2,…M)下惯组X_b轴方向的速度假设在各个角速率台转速点ω_i(i＝2,…M)下测试5分钟的激光测速仪输出并取平均值分别为V_L(i)(i=2,…M)；假设：

Z=VL(1)VL(2)···VL(M),]]>H=Vxb(1)Vxb(2)···Vxb(M),]]>α=[(1+δK)cosα]（3）

由最小二乘估计公式解得α'=[(1+δK)cosα]的最小二乘估计值如下：

α~,=(HTH)-1HTZ---(4)]]>

采用上述同样的计算方法，分别利用步骤4和步骤6中的测试数据计算得到β'=[(1+δK)cosβ]的最小二乘估计值和γ'=[(1+δK)cosγ]的最小二乘估计值

由cos²α+cos²β+cos²γ=1得：

α~,2+β~,2+γ~,2=(1+δK)2(cos2α+cos2β+cos2γ)---(5)]]>

=1+δK]]>

因此有：

δK=α~,2+β~,2+γ~,2-1---(6)]]>

α=arccos(α~,/α~,2+β~,2+γ~,2)---(7)]]>

β=arccos(β~,/α~,2+β~,2+γ~,2)---(8)]]>

γ=arccos(γ~,/α~,2+β~,2+γ~,2)---(9)]]>

这样，就由式（6）、（7）、（8）、（9）计算得到了单波束激光测速仪的标度因数误差与安装角。

3.根据权利要求1所述的一种基于角速率台的单波束激光测速仪标定方法，其特征在于：

步骤8中所述的标定精度评价分析，其具体实现过程说明如下：

将标定结果δK、α与步骤2中得到的各个角速率台转速点ω_i(i＝2,…M)下惯组X_b轴方向的速度值Vxb(i)=R·ωi(i=2,···M)]]>代入下式：

V^L=Vxb(i)(1+δK)cosα---(10)]]>

得到一系列速度值通过标准差计算公式（11）计算与测速仪实际输出值V_L(1)、V_L(2)…V_L(M)之间的离散程度：

σ1=([V^L(1)-VL(1)]2+[V^L(2)-VL(2)]2+···+[V^L(M)-VL(M)]2)/(M-1)---(11)]]>

采用同样的计算方法，将标定结果δK、β与步骤4中得到的各个角速率台转速点ω_i(i＝2,…M)下惯组Y_b轴方向的速度值Vyb(i)=R·ωi(i=2,···M)]]>代入下式：

V^L=Vyb(i)(1+δK)cosβ---(12)]]>

得到一系列速度值通过标准差计算公式（13）计算与测速仪实际输出值V_L(1)、V_L(2)…V_L(M)之间的离散程度：

σ2=([V^L(1)-VL(1)]2+[V^L(2)-VL(2)]2+···+[V^L(M)-VL(M)]2)/(M-1)---(13)]]>

采用同样的计算方法，将标定结果δK、γ与步骤6中得到的各个角速率台转速点ω_i(i＝2,…M)下惯组Z_b轴方向的速度值Vzb(i)=R·ωi(i=2,···M)]]>代入下式：

V^L=Vzb(i)(1+δK)cosγ---(14)]]>

得到一系列速度值通过标准差计算公式（15）计算与测速仪实际输出值V_L(1)、V_L(2)…V_L(M)之间的离散程度：

σ3=([V^L(1)-VL(1)]2+[V^L(2)-VL(2)]2+···+[V^L(M)-VL(M)]2)/(M-1)---(15)]]>

最后，综合式（11）、（13）、（15）代入式（16）中计算总的离散程度σ，由此判断标定结果的精确度

σ=(σ12+σ22+σ32)/3.---(16)]]>