一種用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態標定方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態標定方法，先將陀螺儀安裝在旋轉載體中，再將旋轉載體安裝在高速轉臺上。然后采用速率試驗法，由陀螺儀誤差模型辨識出陀螺儀各個方向陀螺相對于滾動方向的安裝誤差并得到補償系數，將補償系數在線寫入處理器FLASH中。最后對標定結果進行判斷；當標定結果在設定的補償系數范圍內時，標定有效；否則需要重新標定，直到滿足要求為止。本發明不但消除了二次安裝帶來的安裝誤差，也消除了陀螺在陀螺儀中的一次安裝誤差，陀螺儀測量精度明顯提高。標定時，將補償系數在線寫入陀螺儀內部的處理器FLASH中，不僅保存了實驗數據，還避免了代碼的再次燒寫，大大減輕了標定工作量。
【專利說明】一種用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態標定方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及陀螺儀動態標定，尤其是用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態標 定，用于提高陀螺儀測量的準確性和精度，屬于慣性傳感【技術領域】。
[0002]

【背景技術】
[0003] 陀螺儀是用于測量角速度的器件，其核心部件是陀螺，根據測量需要，可以在偏 航、滾動和俯仰幾個方向分別安裝陀螺。理論上，陀螺儀各個方向的陀螺都可能有安裝誤 差，若不消除，將影響陀螺儀的正常使用。為了消除器件自身安裝誤差，提高測量精度，陀螺 儀在出廠前都需要進行動態標定。標定好后，再將成品陀螺儀出售給用戶后，用戶再將陀螺 儀安裝在旋轉載體中。標定時，通過外部設備讀取每個方向陀螺的輸出，根據陀螺動態誤差 模型，采用速率實驗法，計算出陀螺儀偏航、俯仰、滾動三個方向陀螺的誤差補償系數(對應 著各個方向的安裝誤差)，得出誤差補償系數后，再將誤差補償系數寫入陀螺儀中，陀螺儀 在通過公式計算并輸出結果的時候，自動將安裝誤差以誤差補償系數的形式在公式中體現 出來，從而實現對陀螺自身安裝誤差的標定。
[0004] 現有的標定方法消除的僅僅是陀螺在陀螺儀中的安裝誤差，即陀螺儀自身的安裝 誤差。然而陀螺儀安裝在旋轉載體中時，因為要求陀螺儀自身滾動軸與旋轉載體轉動中心 盡量重合，故又會帶來新的安裝誤差。由于現有的標定都是由廠家在出廠前完成的，用戶自 己不能進行標定，所以目前還無法對陀螺儀安裝在旋轉載體中的誤差進行消除。由于陀螺 儀隨旋轉載體一起工作時，繞自身滾動軸高速旋轉，其轉速可達15 r/s，對偏航和俯仰兩個 方向陀螺角速率的測量影響更為明顯，因此這兩個方向的陀螺相對于陀螺儀滾動軸的安裝 誤差更需要精確消除，而傳統的動態標定方法顯然已經不能滿足使用要求。
[0005]


【發明內容】

[0006] 針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種用于旋轉載體橫向姿態 測量的陀螺儀動態標定方法，采用本標定方法能消除陀螺儀因安裝在旋轉載體中帶來的二 次安裝誤差，同時也能消除陀螺在陀螺儀中的一次安裝誤差。
[0007] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下： 一種用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態標定方法，步驟如下， 1) 先將陀螺儀安裝在旋轉載體中，再將旋轉載體安裝在高速轉臺上，并使陀螺儀滾動 軸與高速轉臺臺面垂直； 2) 然后采用速率試驗法，由安裝在陀螺儀內部的陀螺儀誤差模型辨識出陀螺儀各個方 向陀螺相對于滾動方向的安裝誤差并得到補償系數，將補償系數在線寫入陀螺儀內部的處 理器FLASH中；該補償系數即為初步標定結果； 3) 最后對初步標定結果的正確性進行判斷；當初步標定結果在設定的補償系數范圍內 時，該標定有效，初步標定結果為最終標定結果；當初步標定結果在設定的補償系數范圍外 時，說明安裝誤差太大，標定無效，需要重新將陀螺儀安裝在旋轉載體中，重復步驟1)-2)， 直到標定結果滿足要求為止。
[0008] 其中第2)步速率試驗法的具體步驟為， 2. 1)通過計算機的操作界面向陀螺儀發送進入標定命令并設定標定轉速； 2. 2)陀螺儀進入標定狀態后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺儀進入 第一次靜態標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的第一次靜態標定輸出； 2. 3)第一次靜態標定完成后，設定高速轉臺轉速及轉動方向，使陀螺儀繞自身滾動軸 正轉；當高速轉臺轉速達到設定轉速后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺 儀進入滾動軸正轉標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的滾動軸正轉標定輸出； 2. 4)滾動軸正轉標定完成后，設定高速轉臺轉速及轉動方向，使陀螺儀繞自身滾動軸 反轉；當高速轉臺轉速達到設定轉速后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺 儀進入滾動軸反轉標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的滾動軸反轉標定輸出； 2. 5)滾動軸反轉標定完成后，停止高速轉臺轉動；當轉臺保持靜止狀態后，通過計算機 的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺儀進入第二次靜態標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺 的第二次靜態標定輸出； 上述所有的陀螺儀各種狀態下的標定輸出都進入陀螺儀誤差模型，由陀螺儀誤差模型 計算得到各個方向陀螺的補償系數。
[0009] 相比現有技術，本發明具有以下優點： 1、將陀螺儀安裝在旋轉載體中后再進行動態標定，一次標定消除了兩次安裝誤差，不 但消除了二次安裝帶來的安裝誤差，同時也消除了陀螺在陀螺儀中的一次安裝誤差，陀螺 儀測量精度明顯提高。
[0010] 2、對陀螺儀進行動態標定的同時，將補償系數在線寫入陀螺儀內部的處理器 FLASH中，不僅保存了實驗數據，還避免了代碼的再次燒寫，大大減輕了標定工作量。
[0011]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1-本發明標定流程圖。
[0013] 圖2-本發明實施例的操作界面。
[0014] 圖3-本發明實施例的設備聯接圖。
[0015]

【具體實施方式】
[0016] 本發明用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態標定方法，步驟如下， 1) 先將陀螺儀安裝在旋轉載體中，再將旋轉載體安裝在高速轉臺上，并使陀螺儀滾動 軸與高速轉臺臺面垂直； 2) 然后采用速率試驗法，由安裝在陀螺儀內部的陀螺儀誤差模型辨識出陀螺儀各個方 向陀螺相對于滾動方向的安裝誤差并得到補償系數，將補償系數在線寫入陀螺儀內部的處 理器FLASH中；該補償系數即為初步標定結果； 3)最后對初步標定結果的正確性進行判斷；當初步標定結果在設定的補償系數范圍內 時，該標定有效，初步標定結果為最終標定結果；當初步標定結果在設定的補償系數范圍外 時，說明安裝誤差太大，標定無效，需要重新將陀螺儀安裝在旋轉載體中，重復步驟1)-2)， 直到標定結果滿足要求為止。
[0017] 其中第2)步速率試驗法的具體步驟為： 2. 1)通過計算機的操作界面向陀螺儀發送進入標定命令并設定標定轉速； 2. 2)陀螺儀進入標定狀態后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺儀進入 第一次靜態標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的第一次靜態標定輸出； 2. 3)第一次靜態標定完成后，設定高速轉臺轉速及轉動方向，使陀螺儀繞自身滾動軸 正轉；當高速轉臺轉速達到設定轉速后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺 儀進入滾動軸正轉標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的滾動軸正轉標定輸出； 2. 4)滾動軸正轉標定完成后，設定高速轉臺轉速及轉動方向，使陀螺儀繞自身滾動軸 反轉；當高速轉臺轉速達到設定轉速后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺 儀進入滾動軸反轉標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的滾動軸反轉標定輸出； 2. 5)滾動軸反轉標定完成后，停止高速轉臺轉動；當轉臺保持靜止狀態后，通過計算機 的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺儀進入第二次靜態標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺 的第二次靜態標定輸出； 上述所有的陀螺儀各種狀態下的標定輸出都進入陀螺儀誤差模型，由陀螺儀誤差模型 計算得到各個方向陀螺的補償系數。
[0018] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0019] 在本實施例中，陀螺儀只在偏航和俯仰兩個方向安裝有陀螺。陀螺儀的工作特點 為：陀螺儀安裝在旋轉載體中，隨旋轉載體一起繞自身滾動軸高速旋轉，轉速可達15 r/s。 陀螺儀俯仰和偏航兩個方向的陀螺有安裝誤差，若不消除，將影響陀螺儀的正常使用。由于 陀螺儀工作時繞滾動軸高速旋轉對俯仰和偏航兩個方向陀螺的影響更為明顯，因此這兩個 方向的陀螺相對于陀螺儀滾動軸的安裝誤差更需要精確消除。陀螺儀俯仰和偏航兩個方向 陀螺的安裝誤差可以通過速率實驗法辯識出來。
[0020] 圖1是本發明標定流程圖，如圖1所示，用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態 標定方法包括四個標定過程，分別是：第一次靜態標定、滾動軸正轉標定、滾動軸反轉標定 和第二次靜態標定。操作者可通過圖2所示操作界面控制陀螺儀的四個標定過程，并可以 通過對操作界面中"自檢狀態字"中內容的觀察，判斷陀螺儀實際處于哪個標定過程，具體 判斷見表1。
[0021] 表1陀螺儀標定狀態判定表

【權利要求】
1. 一種用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態標定方法，其特征在于：步驟如下， 1) 先將陀螺儀安裝在旋轉載體中，再將旋轉載體安裝在高速轉臺上，并使陀螺儀滾動 軸與高速轉臺臺面垂直； 2) 然后采用速率試驗法，由安裝在陀螺儀內部的陀螺儀誤差模型辨識出陀螺儀各個方 向陀螺相對于滾動方向的安裝誤差并得到補償系數，將補償系數在線寫入陀螺儀內部的處 理器FLASH中；該補償系數即為初步標定結果； 3) 最后對初步標定結果的正確性進行判斷；當初步標定結果在設定的補償系數范圍內 時，該標定有效，初步標定結果為最終標定結果；當初步標定結果在設定的補償系數范圍外 時，說明安裝誤差太大，標定無效，需要重新將陀螺儀安裝在旋轉載體中，重復步驟1)-2)， 直到標定結果滿足要求為止。
2. 根據權利要求1所述的用于旋轉載體橫向姿態測量的陀螺儀動態標定方法，其特征 在于：第2)步速率試驗法的具體步驟為， 2. 1)通過計算機的操作界面向陀螺儀發送進入標定命令并設定標定轉速； 2. 2)陀螺儀進入標定狀態后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺儀進入 第一次靜態標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的第一次靜態標定輸出； 2. 3)第一次靜態標定完成后，設定高速轉臺轉速及轉動方向，使陀螺儀繞自身滾動軸 正轉；當高速轉臺轉速達到設定轉速后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺 儀進入滾動軸正轉標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的滾動軸正轉標定輸出； 2. 4)滾動軸正轉標定完成后，設定高速轉臺轉速及轉動方向，使陀螺儀繞自身滾動軸 反轉；當高速轉臺轉速達到設定轉速后，通過計算機的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺 儀進入滾動軸反轉標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺的滾動軸反轉標定輸出； 2. 5)滾動軸反轉標定完成后，停止高速轉臺轉動；當轉臺保持靜止狀態后，通過計算機 的操作界面向陀螺儀發送命令使陀螺儀進入第二次靜態標定，得到陀螺儀上各個方向陀螺 的第二次靜態標定輸出； 上述所有的陀螺儀各種狀態下的標定輸出都進入陀螺儀誤差模型，由陀螺儀誤差模型 計算得到各個方向陀螺的補償系數。
【文檔編號】G01C25/00GK104101363SQ201410362024
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】芶志平, 王瑜, 查安虎, 劉奎, 張彤, 王清亮, 李勇健, 劉勇, 賈曉明 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所