[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

摘要

一种基于双轴旋转的激光陀螺仪组合误差系数分离方法，首先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；其次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；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；采集转停全过程中陀螺仪组合的输出；最终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。本发明适用于双轴旋转惯性系统在静基座条件下自主标校捷联惯性组合中陀螺仪组合误差系数的场合，避免了系统定期拆卸带来的繁琐、复杂的操作。

主权项

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ωxp、ωyp、ωzp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；Ωn＝ωiecosL，Ωn为地球转速投影到地理坐标系中的北向分量；Ωu＝ωiesinL，Ωu为地球转速投影到地理坐标系中的天向分量；ωie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Δωxp、Δωyp、Δωzp为陀螺仪组合的测量误差；ωx、ωy、ωz为陀螺仪组合经补偿得到的角速度输出值；δD0x、δD0y和δD0z为陀螺仪组合的零次项偏差；δkgx、δkgy和δkgz为陀螺仪组合的标度因数偏差；δEYX为X轴相对于Y轴的安装误差角偏差；δEZX为X轴相对于Z轴的安装误差角偏差；δEXY为Y轴相对于X轴的安装误差角偏差；δEZY为Y轴相对于Z轴的安装误差角偏差；δEXZ为Z轴相对 于X轴的安装误差角偏差；δEYZ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＝[δD0x,δD0y,δD0z,δkgx,δkgy,δkgz,δEYX,δEZX,δEXY,δEZY,δEXZ,δEYZ,Δα,Δβ]；为tk‑1时刻到tk时刻的一步转移矩阵，Wk为白噪声；k为正整数；F1＝[01×2,1,01×2,ωz,01×4,ωx,ωy,0,Ωn cosβ+Ωu sinβ]F2＝[cosα,‑sinα,0,ωx cosα,‑ωy sinα,0,ωy cosα,ωz cosα,‑ωx sinα,‑ωz sinα,01×2,‑(ωxp sinα+ωyp cosα),0]卡尔曼滤波器量测方程如下：Zk＝HkXk+Vk其中，Hk为量测矩阵，Vk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：Zk_gyro_1＝[Δα,Δβ]量测矩阵为：Hk_gyro_1＝[02×12,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：Zk_gyro_2＝[δkgx,δkgy,δkgy,δEYX,δEZX,δEXY,δEZY,δEXZ,δEYZ,Δα,Δβ]量测矩阵为：