[发明专利]机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差参数估计与补偿方法

摘要

本发明属于惯性导航领域，公开了机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差参数估计与补偿方法，该方法通过：一、建立机抖激光陀螺敏感轴动态偏移形变角的动力学方程；二、简化机抖激光陀螺敏感轴动态偏移形变角的动力学方程；三、建立机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差模型；四、机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差模型参数估计；五、机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差补偿的步骤，实现了振动条件下机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差的补偿。本发明解决了振动条件下机抖激光陀螺敏感轴发生动态偏移影响惯导系统精度的问题，可进一步应用于大过载、高机动条件下机抖激光陀螺惯导系统的误差补偿。

主权项

1.机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差参数估计与补偿方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，建立机抖激光陀螺敏感轴动态偏移形变角的动力学方程：根据欧拉定理，外力矩作用下，机抖激光陀螺敏感轴动态偏移形变角的动力学方程为，上式中，Jx＝Jy＝Jz＝J为x陀螺、y陀螺、z陀螺绕其各自敏感轴方向的转动惯量；Jxy≈Jxz≈Jyx≈Jyz≈Jzx≈Jzy≈J1为x陀螺、y陀螺、z陀螺绕与其敏感轴正交的对称轴的转动惯量；cxy≈cxz≈cyx≈cyz≈czx≈czy≈c为陀螺抖轮的侧向形变阻尼；kxy、kxz、kyx、kyz、kzx、kzy分别为各个陀螺抖轮的侧向刚度，m为陀螺光学本体的质量；[lxx lxy lxz]T、[lyx lyy lyz]T、[lzx lzy lzz]T分别为x陀螺、y陀螺、z陀螺质心偏离的杆臂参数；ωdx、ωdy、ωdz分别为x陀螺、y陀螺、z陀螺的抖动角速率；步骤二，简化机抖激光陀螺敏感轴动态偏移形变角的动力学方程：同一陀螺不同方向的侧向刚度非常接近，可以忽略非等弹性的影响，即，kxz≈kxy＝kx，kyz≈kyx＝ky，kzx≈kzy＝kz  (2)鉴于机抖激光陀螺侧向形变阻尼的存在，忽略交叉耦合项的影响，同时忽略外界角加速度的影响，外界角加速度影响等价于动力学方程的外界输入，只考虑偏心力矩对陀螺敏感轴侧向形变的影响，同时考虑到机抖激光陀螺侧向形变的固有频率一般在700Hz以上，该频率远高于作用于机抖激光陀螺的偏心力矩频率，得到机抖激光陀螺敏感轴动态偏移形变角动力学方程的简化解，即(1)式的稳态响应近似解为，上式中，步骤三，建立机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差模型：设机抖激光陀螺捷联惯导系统IMU(Inertial Measurement Unit)的x陀螺敏感轴为x轴，y陀螺敏感轴为y轴，z陀螺敏感轴为z轴；设εxy、εxz分别为x陀螺敏感轴绕y轴、z轴转动的形变角，εyx、εyz分别为y陀螺敏感轴绕x轴、z轴转动的形变角，εzx、εzy分别为z陀螺敏感轴绕x轴、y轴转动的形变角；无外部力学环境作用下，以x陀螺敏感轴为基准，εyz0为y陀螺敏感轴绕z轴转动的常值偏角；εzx0、εzy0分别为z陀螺敏感轴绕x轴、y轴转动的常值偏角，则动态情况下敏感轴动态偏移造成的等效陀螺漂移误差模型可表示为，上式中，第一项为陀螺敏感轴常值偏角、动态偏移形变角对应的等效安装偏差造成的动态误差，第二项为陀螺敏感轴动态偏移形变角对应的等效圆锥误差；考虑到式(4)中陀螺敏感轴常值偏角是陀螺安装参数的一部分，可以通过标定消除；忽略非等弹性影响时，陀螺敏感轴动态偏移形变角对应的等效圆锥误差也很小，可以忽略；进一步根据式(3)，将式(4)简化为：式(5)即机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差简化模型；步骤四，机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差模型参数估计：在固定位置处，对惯导系统施以固定频率线振动，机抖激光陀螺敏感轴动态偏移形变会产生等效陀螺漂移，相对地理系造成的姿态误差微分方程表示为，记时刻t0为线振动开始时刻，振动持续时间记为T，则t0+T时刻的姿态误差为，将式(5)代入上式，其中，忽略对准造成的姿态误差，时刻t0的姿态误差记为ψn(t0)＝0，通过数值积分获得式(9)的数值解，该数值解表示为τ的确定形式；t0+T时刻线振动结束，惯导静止一段时间进行对准，利用此姿态基准获得t+T时刻的姿态误差观测值，为：其中，为姿态误差观测值，为惯导系统从时刻t₀至时刻t₀+T时间段内解算得到的姿态矩阵，为线振动结束后惯导系统再次对准得到的姿态参考矩阵；根据式(9)、(10)，设计多次线振动实验，首先沿惯导系统的X轴、Y轴两个水平轴向以及XY平面的两个对角线方向进行固定频率线振动实验；第一组次实验完成后，绕惯导系统的X轴或Y轴转动90°将Z轴转动至线振动台水平面内，进而分别沿惯导系统的两个水平轴向、两个对角线方向进行固定频率线振动实验，最后利用最小二乘法实现九个误差参数的估计；步骤五，机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差补偿：利用步骤四中估计得到的误差参数τ，并根据机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差简化模型(5)，对振动条件下机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差按如下方式进行补偿，其中，为带有误差的陀螺实测角速度，为误差补偿量，为真实角速度。