陀螺儀漂移的測(cè)試原理及方法

1、陀螺儀漂移的測(cè)試原理及方法 武曉燕武曉燕 測(cè)試原則 標(biāo)定測(cè)試 分立標(biāo)定法 系統(tǒng)標(biāo)定法內(nèi)容提要 測(cè)試前要解決的問(wèn)題 采用何種測(cè)試設(shè)備 測(cè)試環(huán)境的控制與保證 測(cè)試程序、方法、采樣長(zhǎng)度與采樣間隔的選取 數(shù)據(jù)處理方法及奇異點(diǎn)的剔除 最大限度地降低測(cè)試成本測(cè)試原則 保證慣性測(cè)試精度，考慮以下測(cè)量誤差： 測(cè)試設(shè)備誤差 輸入條件誤差 信息讀取誤差 模型誤差測(cè)試原則 標(biāo)定測(cè)試：對(duì)器件的性能參數(shù)諸如標(biāo)度因數(shù)、零偏、噪聲與帶寬、失準(zhǔn)角、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)單位時(shí)間的定位誤差、溫度敏感性和模型非線性等都需要在生產(chǎn)場(chǎng)所進(jìn)行的測(cè)試，對(duì)要在導(dǎo)航任務(wù)中使用的模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定測(cè)試 器件標(biāo)定 靜態(tài)標(biāo)定標(biāo)定方法 或 系統(tǒng)標(biāo)定 動(dòng)態(tài)

2、標(biāo)定根據(jù)觀測(cè)量的不同，可分為分立標(biāo)定法系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定法標(biāo)定方法分類(lèi) 基本思想：在不同的激勵(lì)信號(hào)作用下，各誤差源對(duì)觀測(cè)量的影響不同，通過(guò)激勵(lì)信號(hào)的變化以改變各個(gè)誤差參數(shù)的可觀測(cè)性，使慣性系統(tǒng)的誤差參數(shù)得到分離。 一般包括靜態(tài)多位置標(biāo)定試驗(yàn)和角速率標(biāo)定分立標(biāo)定法靜態(tài)多位置標(biāo)定靜態(tài)多位置標(biāo)定 原理：利用轉(zhuǎn)臺(tái)提供的方位基準(zhǔn)和水平基準(zhǔn)，將地球自轉(zhuǎn)角速度和重力加速度作為輸入慣性系統(tǒng)的標(biāo)稱量，與系統(tǒng)中陀螺儀和加速度計(jì)進(jìn)行比較，根據(jù)陀螺儀和加速度計(jì)的誤差模型年，建立慣性系統(tǒng)的誤差模型，然后將精密轉(zhuǎn)臺(tái)按標(biāo)定路徑轉(zhuǎn)動(dòng)到多個(gè)不同位置，當(dāng)位置數(shù)與誤差模型中的位置數(shù)即誤差系數(shù)的個(gè)數(shù)相等時(shí)，即可通過(guò)聯(lián)立的方程組求解出各項(xiàng)誤差

3、系數(shù)。 一般有四八十二二十四位置法等分立標(biāo)定法 零偏標(biāo)定的實(shí)現(xiàn) 采用靜態(tài)多位置法來(lái)實(shí)現(xiàn)慣性器件零偏的標(biāo)定，該方法利用轉(zhuǎn)臺(tái)提供精確的位置基準(zhǔn)，使加速度計(jì)或陀螺儀敏感不同的重力加速度或角速度分量，然后利用每個(gè)位置上的靜止采樣結(jié)果計(jì)算慣性器件的參數(shù)。分立標(biāo)定法靜態(tài)多位置靜態(tài)多位置標(biāo)定標(biāo)定 以陀螺儀的標(biāo)定為例以陀螺儀的標(biāo)定為例 確定四個(gè)位置與初始位置之間的坐標(biāo)變換矩陣 令轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出四個(gè)位置上陀螺儀的脈沖累積 將以上四式相加，干擾量對(duì)消，即可得到零偏分立標(biāo)定法角速度標(biāo)定角速度標(biāo)定 利用利用轉(zhuǎn)臺(tái)給慣性系統(tǒng)輸入一系列標(biāo)稱的角速度，并轉(zhuǎn)臺(tái)給慣性系統(tǒng)輸入一系列標(biāo)稱的角速度，并于慣性系統(tǒng)的輸出進(jìn)行比較，根據(jù)慣

4、性系統(tǒng)的誤差于慣性系統(tǒng)的輸出進(jìn)行比較，根據(jù)慣性系統(tǒng)的誤差模型，即可確定出系統(tǒng)的標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差兩類(lèi)模型，即可確定出系統(tǒng)的標(biāo)度因數(shù)和安裝誤差兩類(lèi)誤差系數(shù)。誤差系數(shù)。 用于陀螺儀標(biāo)度因數(shù)及安裝系數(shù)的標(biāo)定用于陀螺儀標(biāo)度因數(shù)及安裝系數(shù)的標(biāo)定分立標(biāo)定法 根據(jù)激光陀螺儀的輸入輸出關(guān)系，建立誤差模型 轉(zhuǎn)臺(tái)以一定角速度繞轉(zhuǎn)臺(tái)外向正向轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出激光陀螺儀的脈沖累積 轉(zhuǎn)臺(tái)以一定角速度繞轉(zhuǎn)臺(tái)外向反向轉(zhuǎn)動(dòng)，再輸出激光陀螺儀的脈沖累積 對(duì)上面得到的式子進(jìn)行處理，即可得到標(biāo)定參數(shù)分立標(biāo)定法 起源于20世紀(jì)80年代 利用低精度轉(zhuǎn)臺(tái)就可以達(dá)到較高的標(biāo)定精度 系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定的關(guān)鍵是建立一個(gè)較為完善的導(dǎo)航輸出誤差與慣性期間誤差系數(shù)

5、之間的關(guān)系，并充分考慮慣性器件誤差系數(shù)的可辨識(shí)性，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)編排，有效激勵(lì)誤差相關(guān)項(xiàng)，進(jìn)而辨識(shí)出慣性期間的各項(xiàng)誤差系數(shù)。系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定法 擬合方法系統(tǒng)標(biāo)定法 濾波方法擬合方法：建立關(guān)系，觀測(cè)誤差，擬合參數(shù)濾波方法：設(shè)計(jì)Kalman濾波器來(lái)估計(jì)各誤差參數(shù)系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定法 系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定擬合法 基本原理：在靜基座條件下，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的比力測(cè)量值在導(dǎo)航坐標(biāo)系（東北天坐標(biāo)系）的表示應(yīng)該與重力加速大大小相等、方向相反，通過(guò)建立該比力表示的誤差與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)誤差之間的關(guān)系來(lái)擬合各參數(shù)誤差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)標(biāo)定。系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定法 系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定擬合方法一般采用”靜止-轉(zhuǎn)動(dòng)-靜止”的運(yùn)動(dòng)激勵(lì)方式，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)動(dòng)前的靜止時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)結(jié)束轉(zhuǎn)入導(dǎo)航狀態(tài)后系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)，記錄導(dǎo)航結(jié)果。利用導(dǎo)航計(jì)算結(jié)果將轉(zhuǎn)動(dòng)前后的比力測(cè)量轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標(biāo)系，作為比力觀測(cè)量。系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定法 系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定濾波法 1.建立導(dǎo)航誤差方程 2.設(shè)計(jì) Kalman 濾波器狀態(tài) 3。把陀螺和加速度計(jì)的測(cè)量噪聲做為濾波器的輸入 4.估計(jì)誤差系數(shù)系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定法 現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定 是在慣