[发明专利]一种重力仪双轴陀螺稳定平台航向误差效应的补偿方法

摘要

本发明提供的是一种重力仪双轴陀螺稳定平台航向误差效应的补偿方法。采集重力仪双轴陀螺稳定平台的陀螺信号和加速度计信号、GPS输出的位置和速度信号；根据加速度计和陀螺的误差特性方程，获取输出的加速度和陀螺角速率补偿量；引入外部速度阻尼；对外部速度进行滤波，并结合速度阻尼，使载体受机动的影响减少到最小；根据陀螺和加速度计的输出方程，获取航向和航向误差；确定航向误差效应的补偿方案；对测量的重力信号进行水平误差校正。本发明利用GPS提供的外部速度阻尼和纬度信息对航向误差造成的水平误差进行校正。能够有效地提重力仪双轴陀螺稳定平台的水平精度，使陀螺稳定平台在机动后快速恢复稳定，具有较强的现实应用意义。

主权项

一种重力仪双轴陀螺稳定平台航向误差效应的补偿方法，其特征是：步骤一、采集重力仪双轴陀螺稳定平台的陀螺信号和加速度计信号、GPS输出的位置和速度信号；步骤二、计算机体坐标系到陀螺平台坐标系的转换矩阵，X_G和Y_G为双轴液浮陀螺即FIG的测量轴，Z_F为光纤陀螺即FOG的测量轴，X_A，Y_A和Z_A为加速度计的测量轴，设加速度计的测量轴的误差角为α_a、β_a和γ_a，FIG和FOG的测量轴的误差角为α_g、β_g和γ_g，由于存在安装误差，机体坐标系Oξ_kη_kζ_k与陀螺平台坐标系水平方向存在角α和β，则两个坐标系的关系为：$\left|\begin{array}{c}{\mathrm{\ξ}}_p\\ {\mathrm{\η}}_p\\ {\mathrm{\ζ}}_p\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ccc}1& \mathrm{\γ}& -{\mathrm{\β}}_a-\mathrm{\β}\\ -\mathrm{\γ}& 1& \mathrm{\α}+{\mathrm{\α}}_a\\ {\mathrm{\β}}_a+\mathrm{\β}& -\mathrm{\α}-{\mathrm{\α}}_a& 1\end{array}\right|\left|\begin{array}{c}{\mathrm{\ξ}}_k\\ {\mathrm{\η}}_k\\ {\mathrm{\ζ}}_k\end{array}\right|;$步骤三、根据加速度计误差方程，获取加速度输出的补偿值；步骤四、计算陀螺测量误差FOG输出的角速率补偿值消除有害的陀螺施矩信息；步骤五、对外部速度滤波，并利用外部速度阻尼校正陀螺稳定平台的速度信息，F_V(s)为一阶滤波器，输入为GPS得到的速度信息，其传递函数如下$F_V\left(s\right)=\frac{T_0^2}{2T_p^2}\frac{{\mathrm{\α}}_1{T}_{p}s+1}{{\mathrm{\α}}_2{T}_{p}s+1}$其中，T_p≈50s为陀螺平台的响应时间，α₁和α₂为常数；步骤六、步骤四获取的航向误差导数为对其积分，得到航向误差$\mathrm{\Δ}{K}_i=\mathrm{\Δ}{K}_0+{\∫}_0^t\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{K}}_i\mathrm{dt}$其中，ΔK₀为初始的航向误差；步骤七、在测量过程中，通过判断以下不等式是否成立还选择校正方案根据载体在不同纬度时的情况其中，R为平均地球半径；V_E为载体当前行驶的东向速度；是当地纬度；V_d是允许航向误差校正的速度值；如果不等式成立，自动利用FIG和GPS的输出，通过式对航向进行补偿；如果不成立，则不进行校正；步骤八、对航向误差效应进行补偿后，得到校正后的水平误差角，利用以下公式对测得的重力值进行水平误差改正，$\mathrm{\Δ}{g}_H=\mathrm{\β}{\stackrel{\·}{V}}_{\mathrm{lati}}-\mathrm{\α}{\stackrel{\·}{V}}_{\mathrm{loni}}$其中，Δg_H为水平误差改正值，和为经外部速度阻尼改正后的水平加速度。