[发明专利]基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台角定位误差检测方法

说明书

本发明公开了一种基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台角定位误差检测方法，包括：单轴激光陀螺测角仪进行上电、预热30分钟，将安装在卡具内的单轴激光陀螺测角仪安装在多轴转台的工作台面上，标定单轴激光陀螺测角仪的偏置值Bsubgt;0/subgt;；多轴转台的被测轴进行转动，单轴激光陀螺测角仪输出相对应的脉冲，并对输出脉冲进行计数；根据单轴激光陀螺测角仪的刻度系数K和被测轴对应的输出脉冲数，计算单轴激光陀螺测角仪测量的被测轴的角度测量值θsubgt;i/subgt;；根据被测轴的角度测量值θsubgt;i/subgt;，对角度测量误差值Δθsubgt;i/subgt;进行正弦曲线拟合，根据所述单轴激光陀螺测角仪的敏感轴的投影角大小，计算由于地球自转引入的角度测量误差值Δθsubgt;i/subgt;；消除地球自转引入的角度测量误差值Δθsubgt;i/subgt;，计算被测轴的角定位误差。

技术领域

本发明涉及多轴转台角定位误差的检测，具体涉及一种基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台角定位误差检测方法。

背景技术

激光陀螺是现代航空、航海、航天、武器制导和轨道交通中广泛使用的惯性导航及制导仪器。随着激光陀螺的腔镜镀膜工艺、异面腔加工、装调技术等逐渐成熟以及闭锁等重大技术问题的突破，激光陀螺测角仪凭借着高精度、高灵敏度、高分辨率、大动态范围等诸多优良性能，己经成为了重要的测角仪器。

激光陀螺测角仪是利用激光光束的光程差敏感被测物体的旋转角速度并进行积分得到角位移的仪器，与传统的角度测量仪器(自准直仪、激光干涉仪、角度编码器、感应同步器、多齿分度盘等)相比具有很多优势：

1)安装方便。无同轴度安装要求，不需要像光电自准直仪或激光干涉仪那样进行繁琐的调整光路。特别适合大型转台或者多轴转台的角位置误差检测。2)可以实现全圆连续测量。采用光电自准直仪往往需要结合多面棱体进行多个不同角位置的误差测量，采用激光干涉仪往往需要结合干涉镜进行连续小角度范围(-5°～5°)进行角位置误差测量。激光陀螺测角仪可以实现全圆(360°)范围内的连续(小步长，例如1″)角位置误差测量。3)可以实现动态测量。激光陀螺测角仪能够敏感的最大角速度为1000°/s，能够敏感的最小角速度为0.001°/s，动态范围广，采样频率高，通过与转台圆光栅测角系统的同步，易于实现全自动化动态角度测量。4)可以实现多参量测量。不仅可以实现角位置参数、角速度参数和角加速度参数的测量，还可以进行多轴转台的轴线间垂直度参数测量。

激光陀螺测角仪虽然原理和结构简单，但是加工工艺要求极高，集成了光、电、机、材料等诸多领域尖端技术。世界上只有少数的几个国家可以实现高精度激光陀螺测角仪的加工和测试。在高精度角度测量领域(计量领域)，不仅是一种全新的应用，也是一个非常具有挑战性的课题。

如何解决激光陀螺测角仪的在线测量问题一直是业界最为关注的问题。目前，激光陀螺测角仪在线测量存在以下问题：

1)溯源问题。当在现场被测转台上测量角定位误差时，需要在被测转台上重新校准激光陀螺测角仪的刻度系数或使用指零仪器提供标准零位置而避免重新校准刻度系数。如果重新校准激光陀螺测角仪的刻度系数，则激光陀螺测角仪的内部参数会发生变化，从而导致无法与国家角度计量基准装置或者国家角度计量标准装置进行溯源的问题。如果通过指零仪器提供标准零位，则相当于使用光电自准直仪，这不仅增加了激光陀螺测角仪的成本和使用难度，而且限制了激光陀螺测角仪的应用范围。

2)投影角引入角度测量误差的问题。当激光陀螺测角仪安装在不同转台上或者转台的不同位置时，由于转台工作面和陀螺基准面的本身加工误差，转台的回转轴与激光陀螺测角仪的敏感轴之间的角度会不同，称之为投影角。当该投影角较小时(投影角大于10′时)，地球自转角速度矢量在激光陀螺测角仪的敏感轴上的投影可以认为是一个恒定的值，可以通过计算激光陀螺测角仪的偏置值消除。当该投影角较大时(投影角大于10′时)，会使地球自转角速度矢量在激光陀螺测角仪的敏感轴上的投影产生一个正弦规律的变化量，从而引入了角度测量误差值，直接影响激光陀螺测角仪的测量精度。