[发明专利]一种基于双轴旋转的激光陀螺仪组合误差系数分离方法

权利要求书

1.一种基于双轴旋转的激光陀螺仪组合误差系数分离方法，其特征在于步骤如下：

1)将捷联惯性组合安装在双轴旋转机构上；由捷联惯性组合及双轴旋转机构共同组成双轴旋转惯性系统；

2)推导双轴旋转机构的运动学方程；建立双轴旋转惯性系统中陀螺仪组合的静基座误差模型，进而得出双轴旋转机构的角速度误差方程；所述双轴旋转机构的运动学方程为：

式中ω_xp、ω_yp、ω_zp分别为陀螺仪组合绕本体坐标系的三个轴X、Y、Z的绝对角速度分量；Ω_n＝ω_iecosL，Ω_n为地球转速投影到地理坐标系中的北向分量；Ω_u＝ω_iesinL，Ω_u为地球转速投影到地理坐标系中的天向分量；ω_ie为地球自转角速度；L为对捷联惯性组合进行测试的地点的地球纬度；α为双轴旋转机构内环轴的旋转角；β为双轴旋转机构外环轴的旋转角；为双轴旋转机构内环轴的角速度，为双轴旋转机构外环轴的角速度；

双轴旋转惯性系统中陀螺仪组合的静基座误差模型为：

式中Δω_xp、Δω_yp、Δω_zp为陀螺仪组合的测量误差；ω_x、ω_y、ω_z为陀螺仪组合经补偿得到的角速度输出值；δD_0x、δD_0y和δD_0z为陀螺仪组合的零次项偏差；δk_gx、δk_gy和δk_gz为陀螺仪组合的标度因数偏差；δE_YX为X轴相对于Y轴的安装误差角偏差；δE_ZX为X轴相对于Z轴的安装误差角偏差；δE_XY为Y轴相对于X轴的安装误差角偏差；δE_ZY为Y轴相对于Z轴的安装误差角偏差；δE_XZ为Z轴相对 于X轴的安装误差角偏差；δE_YZ为Z轴相对于Y轴的安装误差角偏差；

双轴旋转机构的角速度误差方程为：

式中为双轴旋转机构内环轴的角速度误差，为双轴旋转机构外环轴的角速度误差；Δα为双轴旋转机构内环轴的旋转角误差；Δβ为双轴旋转机构外环轴的旋转角误差；

3)调整双轴旋转机构的基座，使得基座坐标系与地理坐标系重合；按照十六位置转位方法依次旋转双轴旋转机构，旋转过程中，在十六个位置中的每一个位置处停留时间大于60s；采集转停全过程中陀螺仪组合的输出；

4)对采集得到的数据使用卡尔曼滤波方法实现陀螺仪组合的误差系数的分离；卡尔曼滤波器状态方程如下：

其中：

X＝[δD_0x,δD_0y,δD_0z,δk_gx,δk_gy,δk_gz,δE_YX,

δE_ZX,δE_XY,δE_ZY,δE_XZ,δE_YZ,Δα,Δβ]；

为t_k-1时刻到t_k时刻的一步转移矩阵，W_k为白噪声；k为正整数；

F₁＝[0_1×2,1,0_1×2,ω_z,0_1×4,ω_x,ω_y,0,Ω_n cosβ+Ω_u sinβ]

F₂＝[cosα,-sinα,0,ω_x cosα,-ω_y sinα,0,ω_y cosα,ω_z cosα,-ω_x sinα,-ω_z sinα,

0_1×2,-(ω_xp sinα+ω_yp cosα),0]

卡尔曼滤波器量测方程如下：

Z_k＝H_kX_k+V_k

其中，H_k为量测矩阵，V_k为量测噪声序列；

当双轴旋转机构处于静止位置时，量测向量为：

Z_{k_gyro_1}＝[Δα,Δβ]

量测矩阵为：

H_{k_gyro_1}＝[0_2×12,I₂]

I表示单位矩阵；

双轴旋转机构处于转动过程时，量测向量为：

Z_{k_gyro_2}＝[δk_gx,δk_gy,δk_gy,δE_YX,δE_ZX,δE_XY,

δE_ZY,δE_XZ,δE_YZ,Δα,Δβ]

量测矩阵为：

2.根据权利要求1所述的一种基于双轴旋转的激光陀螺仪组合误差系数分离方法，其特征在于步骤3)中十六位置转位方法的位置分别为：

位置1：基座坐标系与地理坐标系重合时，记录此时的内环轴旋转角α(1)和外环轴旋转角β(1)；

位置2：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(2)＝α(1)+90°，外环轴旋转角度β(2)＝β(1)；

位置3：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(3)＝α(1)+180°，外环轴旋转角度β(3)＝β(1)；

位置4：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(4)＝α(1)+270°，外环轴旋转角度β(4)＝β(1)；

位置5：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(5)＝α(1)，外环轴旋转角度β(5)＝β(1)+180°；

位置6：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(6)＝α(1)+90°，外环轴旋转角度β(6)＝β(1)+180°；

位置7：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(7)＝α(1)+180°，外环轴旋转角度β(7)＝β(1)+180°；

位置8：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(8)＝α(1)+270°，外环轴旋转角度β(8)＝β(1)+180°；

位置9：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(9)＝α(1)+90°，外环轴旋转角度β(9)＝β(1)+90°；

位置10：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(10)＝α(1)+270°，外环轴旋转角度β(10)＝β(1)+90°；

位置11：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(11)＝α(1)，外环轴旋转角度β(11)＝β(1)+90°；

位置12：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(12)＝α(1)+180°，外环轴旋转角度β(12)＝β(1)+90°；

位置13：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(13)＝α(1)+270°，外环轴旋转角度β(13)＝β(1)+270°；

位置14：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(14)＝α(1)+90°，外环轴旋转角度β(14)＝β(1)+270°；

位置15：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(15)＝α(1)+180°，外环轴旋转角度β(15)＝β(1)+270°；

位置16：调节旋转机构使内环轴旋转角度α(16)＝α(1)，外环轴旋转角度β(16)＝β(1)+270°。