[发明专利]低精度压电陀螺零偏实时估计补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对低精度(是指角速度零偏漂移为0.1～2.0°/s)压电陀螺零偏进行实时估计补偿的方法。

背景技术

航姿信息是载体运动过程中重要的导航参数，可以通过地磁匹配、卫星导航、无线电导航等多种手段确定载体的空间位置，但目前所有的导航方式中，唯有惯性导航具有较强的自主性、全天候和抗干扰能力，因此惯性导航是导航技术发展的主流，在惯性导航中，陀螺的测量精度是影响惯性导航系统精度的关键因素，较低精度的陀螺将无法保证惯性导航系统的航姿精度，因此提高陀螺的测量精度势在必行。解决的方法一般有：1)从工艺设计及材料加工等硬件方面改善陀螺性能，提高陀螺指标，但此方法受工艺学及材料科学等各方面发展的限制，精度提高有限且成本较高，开发周期较长，不能满足实际需求；2)从软件程序方面对陀螺进行零偏、漂移等参数进行估计并补偿，能够较好地提高陀螺的精度，则成本得到降低，而且开发周期短，能够较好地根据使用要求进行实时调整相关参数。

目前，对于陀螺的精度控制在软件程序方面是依据陀螺的组成机理建立陀螺的误差模型，从而建立与陀螺性能参数相关的卡尔曼滤波方程，利用有效的观测信息对陀螺的零偏漂移进行估计与补偿，此方法仅适用于高精度陀螺，但是对于低成本低精度的陀螺而言：则有1)陀螺的测量噪声随机性较强，不满足马尔科夫过程和高斯白噪声的前提条件，难以对陀螺建立符合卡尔曼滤波方程的线性模型；2)载体运动过程中陀螺测量噪声的不确定性容易导致卡尔曼滤波器发散，难以达到通过软件程序进行补偿来提高陀螺精度的目的。

发明内容

为了解决现有低精度压电陀螺零偏较大、噪声较大造成的航姿系统误差较大的问题，本发明提出一种适用于低精度压电陀螺的零偏实时估计补偿方法，利用了陀螺在载体直线运动过程中的输出角速度均值接近0°/s，并以10s内陀螺输出角速度零偏稳定的原理，以及结合载体的运动状态及陀螺运行状态时输出角速度信息来进行陀螺的零偏实时估计与补偿，从而达到提高低精度压电陀螺输出角速度信息的精度。

本发明是一种低精度压电陀螺零偏实时补偿方法，该方法包括有：信息采集单元2、角速度消噪处理单元3、角速度补偿单元4。

信息采集单元2对低精度压电陀螺1输出的角速度信息ω₀进行采集与模数转换处理后输出数字角速度信息ω₁；

角速度消噪处理单元3对接收的数字角速度信息ω₁采用汤姆松奇异值剔除方法进行野点剔除获得无野点角速度信息，然后对无野点角速度信息采用五点一次平滑方法进行降噪平滑处理，获得降噪角速度信息ω₂，并将此信息输出给角速度补偿单元4；

角速度补偿单元4对接收的降噪角速度信息ω₂与载体直线运动状态下输出的角速度进行零偏实时估计与补偿，获得补偿后的角速度信息ω₃，该信息即为零偏补偿后的陀螺角速度输出。在本发明中，载体在直线运动状态下，此时角速度补偿单元4输出的补偿后角速度信息ω₃绝对值是0.01～0.05°/s。

本发明零偏实时估计补偿方法的优点：(1)载体运动过程中仅仅通过低精度压电陀螺自身补偿后的角速度信息进行运动状态的判断，有效地提高了低精度压电陀螺的自主性；在补偿过程中无需其它辅助设备，降低了航姿系统成本；(2)零偏估计过程中采用三段分析法(即判断层，决策层，应用层)，提高了低精度压电陀螺估计零偏的可靠性；(3)零偏实时估计补偿依据载体的直线运动状态和压电陀螺消噪后直线过程中的角速度信息，获得低精度压电陀螺的零偏，在不用建立陀螺误差模型的条件下，减少了计算量，有效地提高了系统的运行速度，降低了测试成本；(4)采用开放式程序代码，方便了系统调试，减少了处理器内存空间的占用；(5)通过与载体运动状态相结合的陀螺零偏补偿方法能够将低精度压电陀螺输出的角速度信息精度提高一个数量级，即陀螺零偏漂移由原来的0.1～2.0°/s降低到0～0.05°/s。

附图说明

图1是本发明低精度压电陀螺零偏实时估计补偿的结构框图。

图2是本发明低精度压电陀螺零偏实时估计补偿流程图。

图3是采用本发明陀螺零偏补偿前后的对比曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

在本发明中，对于压电式陀螺输出的角速度零偏漂移为0.1～2.0°/s的称作低精度压电陀螺。