[发明专利]一种基于导航基准系的三框架四轴惯性平台误差标定方法

摘要

一种基于导航基准系的三框架四轴惯性平台误差标定方法，包括以下步骤：以X加速度计输入轴作为基准轴，建立平台系统标定的基准坐标系OXYZ，在此基准坐标系的基础上，建立包括加速度计安装误差在内的平台系统加速度计输出误差模型、陀螺仪漂移误差模型、框架角输出误差模型，然后根据上述三个模型，完成三框架四轴惯性平台标定工作。本发明依靠平台上高精度的加速度计采用导航的方法实现自标定，从而大大简化标定方法，降低标定成本，提高标定精度。

主权项

一种基于导航基准系的三框架四轴惯性平台误差标定方法，其特征在于包括以下步骤：(1)以X加速度计输入轴作为基准轴，建立平台系统标定的基准坐标系OXYZ，其中OX轴与X加速度计的输入轴重合，OY轴位于OX轴和OYA确定的平面内，并与OX轴垂直，OZ轴由右手定则确定；(2)在此基准坐标系的基础上，建立包括加速度计安装误差在内的平台系统加速度计输出误差模型；考虑到加速度计的安装误差以及零次项、一次项误差系数，加速度计的误差模型为：ΔaxΔayΔaz=k0xk0yk0z+Δxx00ΔyxΔyy0ΔzxΔzyΔzz·axayaz]]>式中，[Δax Δay Δaz]T为X、Y、Z加速度计的测量误差，[ax ay az]T表示基准坐标系下的真实加速度矢量，[k0x k0y k0z]T为X、Y、Z加速度计的零次项误差，Δyx表示Y加速度计相对X加速度计的垂直偏角，Δzx表示Z加速度计相对X加速度计的垂直偏角，Δzy表示Z加速度计相对Y加速度计的垂直偏角；[Δxx Δyy Δzz]T表示X、Y、Z加速度计的比力SF误差；(3)在此基准坐标系的基础上，建立包括陀螺仪力矩器安装误差在内的陀螺仪漂移误差模型；考虑到陀螺仪的零次项和一次项误差系数以及陀螺仪力矩器的安装误差，平台系统的综合角运动模型为：ωgi=Dfi+Σj=xzDijaj,i,j=x,y,z]]>ωplx＝(1+δxx)·ωx+δxy·ωy+δxz·ωz+ωgxωply＝δyx·ωx+(1+δyy)·ωy+δyz·ωz+ωgyωplz＝δzx·ωx+δzy·ωy+(1+δzz)·ωz+ωgz式中：ωgi为i陀螺仪的综合漂移，单位是°/h；Dfi为i陀螺仪零次项漂移系数，单位是°/h；Dij为i陀螺仪沿平台系j向的一次项漂移系数，单位是(°/h)/(m/s2)；aj(j＝x，y，z)为沿平台坐标系各轴的比力，量纲为m/s2；[ωx ωy ωz]T根据施加的力矩得到的平台的期望角速度；[ωplx ωply ωplz]T表示平台实际的转动角速度；[δxx δyy δzz]T表示力矩器系数误差；δyx、δzx、δxy、δzy、δxz、δyz分别表示X、Y、Z陀螺仪力矩器相对于基准坐标系的安装误差；(4)在此基准坐标系的基础上，建立框架角输出误差模型；设OXbYbZb系为基座坐标系，OXFYFZF系为随动框架系，OXoYoZo系为外环框架系，OXiYiZi系为内环框架系，OXpYpZp系为台体系，OXYZ为平台的基准坐标系；则由于各框架角，即内环、外环、台体和随动环的框架角有输出以及各框架角的零位以及安装的不对准误差造成的各坐标系之间在各框架归零时不重合；设θx、θy、θz、θx′分别为内环、外环、台体和随动环的框架角输出；Δθx、Δθy、Δθz、Δθx′为内环、外环、台体和随动环的框架角的零位误差，γx′y、γyx、γxz、γyz、γxzn为内环、外环、台体和随动环的框架轴安装的不对准误差，则从平台的基准系n系到基座系b系的转换矩阵的计算公式如下：Cnb=c11c12c13c21c22c23c31c32c33]]>由于各框架角的零位误差以及安装的不对准误差为一阶小量，因此忽略二阶以上小量，得到阵的化简形式如下：c11=cosθycosθz-sinθxsinθysinθz+cosθxsinθycosθzγxz+cosθxsinθyγxzn+cosθxcosθysinθzγyx,]]>c12=sinθxsinθycosθz+cosθysinθz+cosθxsinθysinθzγxz-cosθxcosθycosθzγyx-cosθxsinθyγyz,]]>c13=-cosθxsinθy+cosθyγxz+cosθycosθzγxzn-sinθxsinθysinθzγxzn-sinθxcosθyγyx-sinθxsinθycosθzγyz-cosθysinθzγyz,]]>c21=-cosθxcosθx′sinθz+sinθx′sinθycosθz+sinθxsinθx′cosθysinθz-cosθx′sinθxcosθzγxz-cosθxsinθx′cosθycosθzγxz-cosθx′sinθxγxzn-sinθx′cosθxcosθyγxzn+cosθx′cosθzγyx+cosθxsinθysinθzsinθx′γyx,]]>c22=-cosθxcosθx′cosθz-sinθxsinθx′cosθycosθz+sinθx′sinθysinθz-cosθx′sinθxsinθzγxz-cosθxsinθx′cosθysinθzγxz+cosθx′sinθzγyx-cosθxcosθysinθzsinθx′γyx+cosθx′sinθxγyz+sinθx′cosθxcosθyγyz,]]>c23=sinθxcosθx′+cosθxsinθx′cosθy+sinθx′sinθyγxz-cosθx′cosθxsinθzγxzn+sinθysinθx′cosθzγxzn+cosθysinθx′sinθxsinθzγxzn-sinθxsinθysinθx′γyx-sinθx′sinθysinθzγyz-cosθx′cosθxcosθzγyz+cosθysinθx′sinθxcosθzγyz,]]>c31=-cosθzcosθx′sinθy+cosθx′cosθysinθxsinθz+cosθxsinθx′sinθz-cosθx′cosθxcosθycosθzγxz+sinθxsinθx′cosθzγxz-cosθx′cosθxcosθyγxzn+sinθx′sinθxγxzn+cosθx′cosθxsinθysinθzγyx-cosθzsinθx′γyx,]]>c32=-sinθxcosθycosθx′cosθz+cosθx′sinθysinθz-sinθx′cosθxcosθz-cosθx′cosθxcosθysinθzγxz+sinθxsinθx′sinθzγxz+sinθx′sinθzγyx-cosθxsinθycosθzcosθx′γyx-sinθx′sinθxγyz+cosθx′cosθxcosθyγyz,]]>c33=-sinθxsinθx′+cosθxcosθx′cosθy+cosθx′sinθyγxz+cosθx′sinθycosθzγxzn+cosθxsinθx′sinθzγxzn+cosθycosθx′sinθxsinθzγxzn+sinθx′cosθxcosθzγyz-cosθx′sinθxsinθzγyz+cosθycosθx′sinθxcosθzγyz;]]>(5)根据步骤(2)的加速度计输出误差模型、步骤(3)的陀螺仪漂移误差模型和步骤(4)的框架角输出误差模型采用多位置导航的标定方法标定出加速度计、陀螺仪和框架角的包括k0x、k0y、k0z、Δxx、Δyy、Δzz、Δyx、Δzx、Δzy、αx、αz、γxz、γxzn、γyx、γyz、Dfx、Dxx、Dxy、Dxz、Dfy、Dyx、Dyy、Dyz、Dfz、Dzx、Dzy、Dzz、δxx、δyy、δyx、δzz、δzx、δxy、δzy、δxz、δyz在内的共计36项误差系数，从而完成三框架四轴惯性平台标定工作。