[发明专利]一种基于俯仰轴和横滚轴相对夹角的倾角仪正交性评估方法

说明书

本发明提出了一种基于俯仰轴和横滚轴相对夹角的倾角仪正交性评估方法，对倾角仪的轴正交性进行检测时需要使用诸多检测设备，并需要对倾角仪进行初始标定和初始对准等操作。当标定、对准不准确时，倾角仪所测俯仰轴和横滚轴数据会相互耦合，造成精度检测不准确。本发明介绍了一种基于俯仰轴和横滚轴相对夹角去评价倾角仪的正交性的方法。该方法可以克服传统方法带来的耦合现象并简化检测条件：只要倾角仪和平台进行固联，不需要对倾角仪进行安装标定、对准等操作，没有数据耦合带来的误差。采用相对夹角的方法对倾角仪进行正交性评估，其方法更加简单，且数据更加客观，更加符合实际的使用。

技术领域

本发明涉及姿态测量与处理的技术领域，具体涉及一种基于俯仰轴和横滚轴相对夹角的倾角仪正交性评估方法。

背景技术

在利用倾角仪进行载体姿态测量时，往往把倾角仪轴系坐标视为理想正交，但由于受加工工艺和安装工艺水平的影响，传感器间不可能做到绝对正交，从而使得测量载体的姿态值与实际值之间存在偏差。因此，为了提高姿态测量精度，需要对倾角仪正交性进行测量。

传统意义上对倾角仪正交性进行评价的方法主要采用光学检测法，其中光学检测中主要器件为五棱镜、自准直经纬仪和反射镜(如图1所示流程)：

将所测倾角仪固定在转台上，通过自准直测量标定倾角仪与转台的安装误差。然后启动转台，倾斜一定角度后静止，记录转台和倾角仪输出的姿态数据。事后，通过之前的标定关系，将两种姿态数据统一到同一坐标系。最后，通过欧拉角比对，分别计算欧拉角俯仰和横滚的误差状况作为正交性的评价指标；

为了得到准确可信的误差比对数据，在以上形式中需要倾角仪安装位置的标定精度能达到要求，即标定精度要远小于欧拉角的误差值。否则标定误差将会耦合在欧拉角当中——使得测量误差增大，进而影响对倾角仪的正交性评估。但在现实中，对倾角仪的标定相对较为困难，尤其是受到摇摆平台安装或者其它因素影响的情况下。同时采用欧拉角误差对倾角仪的正交性进行评估，缺少整体性评估概念。即当某个欧拉角的误差相对较大，另一个误差角较小时，不能直观判断倾角仪设备的正交性。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：对倾角仪精确检测轴正交性较为困难的情况，采用直接计算的方法来进行正交性评估。本发明可以充分利用传统的测试形式，但不需要对倾角仪设备的安装误差进行精确标定，因而不会带来因为标定误差而产生的耦合误差。

本发明采用的技术方案为：一种基于俯仰轴和横滚轴相对夹角的倾角仪正交性评估方法，具体实现步骤为：

步骤(1)、将被测的倾角仪固定在平台上；

步骤(2)、调整平台，使平台倾斜一定角度后静止，记录同一时刻倾角仪各轴输出的数据，并转换为姿态角；

步骤(3)、计算出被测倾角仪俯仰轴和横滚轴到所在斜面与水平面的垂面的夹角；

步骤(4)、计算倾角仪俯仰轴和横滚轴相对夹角，形成相对夹角序列；用相对夹角序列减去90°后，对其求均方根误差，作为倾角仪的正交性评价指标。

其中，所述步骤(3)中，需要利用被测倾角仪的俯仰角和横滚角的姿态数据，计算出同一时刻被测倾角仪俯仰轴和横滚轴到所在斜面与水平面的垂面的夹角；

其中，所述步骤(4)中，需要计算倾角仪俯仰轴和横滚轴的相对夹角，得到相对夹角序列；在相对夹角序列减去90°后，以其均方根误差作为所测倾角仪的正交性评价指标。

本发明的原理在于：

本发明利用的原理为：将倾角仪安装到任意斜面上，在静止的情况下，其只受重力的作用。由重力在倾角仪轴上的投影关系可计算出，倾角仪所测俯仰角、横滚角及所在斜面与水平面的夹角，由上述3个角度值设计出算法可对横滚轴和俯仰轴相对夹角进行计算。理论上认为倾角仪俯仰轴和横滚轴彼此正交，即二者的夹角为90°，因此将90°作为理论值对所测倾角仪进行正交性分析。