[发明专利]一种三轴转台综合指向误差的评定方法

说明书

本发明提供了一种三轴转台综合指向误差的评定方法，属于几何量测量测试技术领域。本发明首先分析三轴转台的误差源，在考虑各个误差源的特性后，用方向余弦阵对误差进行了传递，得到了实际的惯性仪表坐标系相对于地理坐标系的姿态关系，与标称的惯性仪表坐标系与地理坐标系间的姿态矩阵进行了比较，最终得到了综合指向误差的完整表达式，然后采用Monte‑Carlo方法随机产生各轴的旋转角度与给定的三轴转台各误差源的取值范围进行了仿真，详细分析了各种姿态误差对综合指向误差的影响程度。本发明可以分析每一个误差项对于综合指向误差的影响，更加简洁直观地对指向误差进行评定，并且也可为三轴转台总体设计过程中的各姿态误差的分配提供依据。

技术领域

本发明涉及一种三轴转台综合指向误差的评定方法，属于几何量测量测试技术领域。

背景技术

三轴转台是加速度计、陀螺仪以及惯导系统的在重力场下的主要测试设备。综合指向误差是理想姿态角与实际输出姿态角之间的偏差，是转台精度的重要指标，对惯 性仪表的标定精度有很大的影响，随着对转台性能要求逐渐提高，对其综合指向误差 的评定也越来越被重视。

综合指向误差是指固联在转台内框的向量经过转台转动后，实际指向与标称指向之间的角度偏差。由于机械加工、装配、环境等因素，三轴转台的各轴系以及轴系间 会存在多种误差源，主要的误差源包括轴系的倾角回转误差、角位置误差、轴系间的 垂直度误差以及惯性仪表的安装误差等，三轴转台在旋转过程中，存在各个误差的传 递，并产生综合指向误差，即综合指向误差反映了转台的定位精度。

研究综合指向误差与各项主要误差之间关系，对于正确使用三轴转台，提出三轴转台合理的精度分配，准确标定惯性仪表，提高惯性仪表的标定精度，具有非常重要 的理论意义与实用价值。

近年来，对转台的指向误差已经有了很多研究。文献“某型六自由度运动系统误差建模”(哈尔滨工业大学学报，曲智勇,200709)等利用四元数旋转变换理论建立三轴 转台指向误差修正模型，分析了轴系垂直度产生的影响。文献“三轴转台垂直度误差 的测试与分离技术”(计量技术，任顺清，200205)等从轴系结构设计参数误差影响的 角度来分析轴系精度，在设计阶段对误差进行合理分配。文献“一种三轴光电跟踪系 统指向误差修正的方法”(光电工程，张玉蝶，201406)等利用数学方法，采用了球谐 函数、神经网络等不同的函数逼近方法来拟合指向误差。文献“三轴飞行模拟转台误 差研究”(系统仿真学报，肖卫国，200105)等提出了指向误差计算公式，但是并没有 给出误差项与综合指向误差的具体表达式。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的由于三轴转台各轴系存在倾角回转误差、角位置误差、相邻轴系间存在垂直度误差和惯性仪表安装误差等，使得惯性 仪表在三轴转台上标定时，惯性仪表的敏感轴的实际指向与转台给定的标称指向不一 致，即转台产生了综合指向误差，影响了惯性仪表输入量的给定精度，最终影响惯性 仪表的标定精度的问题，进而提供一种三轴转台综合指向误差的评定方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三轴转台综合指向误差的评定方法，具体步骤如下：

步骤一：利用电子水平仪、陀螺经纬仪或者自准直仪等仪器测量三轴转台的各项误差。

步骤二：建立五个相关坐标系，分析误差传递过程。

步骤三：在不考虑误差时，推导惯性仪表坐标系对于地理坐标系的标称姿态矩阵在考虑各个误差时，用方向余弦矩阵计算惯性仪表坐标系对于地理坐标系的实际 姿态矩阵

步骤四：计算综合指向误差，确立综合指向误差与各误差源的关系。

步骤五：利用Monte-Carlo方法仿真，计算和分析各项误差对于综合指向误差的灵敏度。