[发明专利]一种提高光纤陀螺寻北仪精度的方法

摘要

本发明公开了一种提高光纤陀螺寻北仪精度的方法。该方法的步骤如下：对寻北仪标定得到光纤陀螺和加速度计的标度因数和安装误差；在经过系统安装误差标定的基础上，进行四位置数据采集和预处理，然后计算基体系各轴加速度，得到寻北仪的俯仰角和横滚角；再对基体系各轴角速度进行计算和判定，最后得出寻北仪方位角。本发明消除了转位机构的转角误差和转轴方位误差所引起的寻北误差；消除了光纤陀螺和加速度计的安装误差所引起的寻北误差；降低了寻北仪工艺要求，无需再从工艺上消除安装误差，同时转位机构转过的四个位置不再需要严格正交；提高了全姿态下光纤陀螺寻北仪的寻北精度。

主权项

1.一种提高光纤陀螺寻北仪精度的方法，其特征在于，该方法的步骤如下：（1）寻北仪标定标定过程中，转位机构要求转到寻北时所需停留的位置；即转位机构到达第i个位置，i＝1～4，分别对光纤陀螺和加速度计进行标定；光纤陀螺经过标定，得到标度因数K_F、安装误差E_XFi、E_YFi、E_ZFi；加速度计经过标定，得到标度因数K_A、安装误差E_XAi、E_YAi、E_ZAi；最终得到标度因数共2个，安装误差共计8组24个；（2）数据采集和预处理将转位机构转到第i个位置，i＝1～4，测试t秒光纤陀螺输出值并取平均值，记为F_i，同时测试t秒加速度计输出值并取平均值，记为A_i，测试时间t由待测光纤陀螺的精度决定，具体通过Allan方差分析方法得到，最终得到4个光纤陀螺输出值，4个加速度计输出值；（3）计算基体系加速度分量基体系加速度分量A_X,A_Y,A_Z满足以下方程组，其中g₀为当地重力加速度，A1-A3KA=(EXA1-EXA3)AX+(EYA1-EYA3)AY+(EZA1-EZA3)AZA2-A4KA=(EXA2-EXA4)AX+(EYA2-EYA4)AY+(EZA2-EZA4)AZAX2+AY2+AZ2=g02---(1)]]>基体系加速度方程组的求解过程为Aa=A1-A3KA(EYA2-EYA4)-A2-A4KA(EYA1-EYA3)(EXA1-EXA3)(EYA2-EYA4)-(EXA2-EXA4)(EYA1-EYA3)Ba=A1-A3KA(EXA2-EXA4)-A2-A4KA(EXA1-EXA3)(EXA2-EXA4)(EYA1-EYA3)-(EXA1-EXA3)(EYA2-EYA4)]]>Da0=(EYA1-EYA3)(EZA2-EZA4)-(EYA2-EYA4)(EZA1-EZA3)Ea0=(EXA2-EXA4)(EZA1-EZA3)-(EXA1-EXA3)(EZA2-EZA4)Fa0=(EXA1-EXA3)(EYA2-EYA4)-(EXA2-EXA4)(EYA1-EYA3)]]>Da=Da0/Da02+Ea02+Fa02Ea=Ea0/Da02+Ea02+Fa02Fa=Fa0/Da02+Ea02+Fa02---(2)]]>Ka±=(Aa·Da+Ba·Ea)±(Aa·Da+Ba·Ea)2+(g02-Aa2-Ba2)]]>AX±=-Ka±·Da+AaAY±=-Ka±·Ea+BaAZ±=-Ka±·Fa]]>本方程存在两组解，分别为A_X⁺,A_Y⁺,A_Z⁺和A_X^-,A_Y^-,A_Z^-，通过下式即可确定最终解(AX,AY,AZ)=(AX+,AY+,AZ+)AZ+≥AZ-(AX-,AY-,AZ-)AZ+<AZ----(3)]]>（4）计算寻北仪的俯仰角θ、横滚角γ，其中g₀为当地重力加速度θ=arcsinAYg0]]>（4）γ=arcsin-AXg0cosθ]]>（5）计算基体系角速度分量基体系角速度分量ω_bx,ω_by,ω_bz满足以下方程组，其中ω_e为地球自转角速度，F1-F3KF=(EXF1-EXF3)ωbx+(EYF1-EYF3)ωby+(EZF1-EZF3)ωbzF2-F4KF=(EXF2-EXF4)ωbx+(EYF2-EYF4)ωby+(EZF2-EZF4)ωbzωbx2+ωby2+ωbz2=ωe2---(5)]]>基体系角速度方程组的求解过程为Af=F1-F3KF(EYF2-EYF4)-F2-F4KF(EYF1-EYF3)(EXF1-EXF3)(EYF2-EYF4)-(EXF2-EXF4)(EYF1-EYF3)Bf=F1-F3KF(EXF2-EXF4)-F2-F4KF(EXF1-EXF3)(EXF2-EXF4)(EYF1-EYF3)-(EXF1-EXF3)(EYF2-EYF4)]]>Df0=(EYF1-EYF3)(EZF2-EZF4)-(EYF2-EYF4)(EZF1-EZF3)Ef0=(EXF2-EXF4)(EZF1-EZF3)-(EXF1-EXF3)(EZF2-EZF4)Ff0=(EXF1-EXF3)(EYF2-EYF4)-(EXF2-EXF4)(EYF1-EYF3)]]>Df=Df0/Df02+Ef02+Ff02Ef=Ef0/Df02+Ef02+Ff02Ff=Ff0/Df02+Ef02+Ff02---(6)]]>Kf±=(Af·Df+Bf·Ef)±(Af·Df+Bf·Ef)2+(ωe2-Af2-Bf2)]]>ωbx±=-Kf±·Df+Afωby±=-Kf±·Ef+Bfωbz±=-Kf±·Ff]]>本方程存在两组解，分别为ω_bx⁺,ω_by⁺,ω_bz⁺和ω_bx^-,ω_by^-,ω_bz^-，通过下式即可确定最终解ε⁺=|ω_bx⁺·cosθsinγ-ω_by⁺·sinθ-ω_bz⁺·cosθcosγ+ω_esinΦ|ε^-=|ω_bx^-·cosθsinγ-ω_by^-·sinθ-ω_bz^-·cosθcosγ+ω_esinΦ|    （7）(ωbx,ωby,ωbz)=(ωbx+,ωby+,ωbz+)ϵ+≤ϵ-(ωbx-,ωby-,ωbz-)ϵ+>ϵ-]]>（6）求解方位角ψX_ψ＝ω_e sinΦsinθcosγ-ω_by cosγY_ψ＝ω_e sinΦsinγ-ω_bysinθsinγ+ω_bx cosθ    （8）ψ_主＝arctan(Y_ψ/X_ψ)上式中方位角ψ的定义域为[0,2π)，以北偏东为正，此即最终的寻北结果。