本發(fā)明專利技術(shù)屬于陀螺標(biāo)定方法，具體涉及一種無需任何外界基準(zhǔn)的加速度計(jì)組合標(biāo)定方法。本發(fā)明專利技術(shù)技術(shù)方案中，利用3個(gè)正交的軸上加速度矢量和始終為1個(gè)重力加速度的原理，通過最小二乘法和迭代方法，將加速度計(jì)組合誤差模型中的零偏、標(biāo)度因數(shù)、標(biāo)度因數(shù)高次項(xiàng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分離，標(biāo)定中只需要使用簡(jiǎn)易翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)加速度計(jì)組合進(jìn)行多個(gè)位置的任意翻轉(zhuǎn)即可。不僅解決了加速度計(jì)組合標(biāo)定時(shí)對(duì)于矢量基準(zhǔn)的依賴，標(biāo)定方法的適用性非常廣泛，而且提高了標(biāo)定精度至角秒級(jí)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于陀螺標(biāo)定方法，具體涉及一種無需任何外界基準(zhǔn)的加速度計(jì)組合標(biāo)定 方法。
技術(shù)介紹
目前已公開的對(duì)于加速度計(jì)組合的標(biāo)定方法中對(duì)于加速度計(jì)組合的標(biāo)定都給出 了一定的解決辦法，同時(shí)這些標(biāo)定方法都存在一些局限性，主要存在的問題如下： 1)標(biāo)定方法基于某一個(gè)矢量基準(zhǔn) 這類標(biāo)定方法是將加速度計(jì)依次放置在不同位置上，測(cè)量加速度計(jì)在這些位置上 的輸出信號(hào)，將其與對(duì)應(yīng)的重力加速度矢量在加速度計(jì)敏感軸上的投影進(jìn)行比較，根據(jù)比 較結(jié)果計(jì)算得到加速度計(jì)的各參數(shù)。與加速度計(jì)輸出值比較用的加速度矢量基準(zhǔn)通常由各 類標(biāo)定設(shè)備得到，例如轉(zhuǎn)臺(tái)、分度頭、水平面等等。離開這類標(biāo)定設(shè)備則無法得到矢量基準(zhǔn)， 從而無法實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)組合標(biāo)定。 2)標(biāo)定精度受限于標(biāo)定設(shè)備 這類標(biāo)定方法基于各種標(biāo)定設(shè)備，其標(biāo)定精度直接受標(biāo)定設(shè)備精度的影響。標(biāo)定 設(shè)備普遍存在隨著時(shí)間漂移的現(xiàn)象，需要定期進(jìn)行校正，尤其是高精度的轉(zhuǎn)臺(tái)造價(jià)高昂，維 護(hù)繁瑣。對(duì)于高精度標(biāo)定設(shè)備的依賴嚴(yán)重制約了加速度計(jì)組合的高精度標(biāo)定。 綜上，可知現(xiàn)有技術(shù)對(duì)加速度計(jì)組合的標(biāo)定必需依賴外部矢量基準(zhǔn)，脫離外部矢 量基準(zhǔn)則無法進(jìn)行標(biāo)定。因此，亟需研制一種無需任何外界基準(zhǔn)的加速度計(jì)組合標(biāo)定方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種無需任何外部矢量基準(zhǔn)的加速度計(jì)組合標(biāo) 定方法，從而解決無任何外部矢量基準(zhǔn)時(shí)的標(biāo)定問題，同時(shí)要求具有較高的標(biāo)定精度。 為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案是： -種無矢量標(biāo)準(zhǔn)的加速度計(jì)組合標(biāo)定方法，具體包括以下步驟： (1)確定應(yīng)用的加速度計(jì)組合誤差模型： 式中： A;,i=x、y、z-加速度計(jì)分別在x、y、z軸上輸出的加速度； a;,i=X、y、z-加速度計(jì)分別敏感x、y、z軸上的真實(shí)加速度； Afi，i=X、y、z，f= 0~e，e彡2-加速度計(jì)i標(biāo)度因數(shù)的j階誤差； 加速度計(jì)輸出的加速度由如下公式計(jì)算：式中： Μ;,i=x、y、z-加速度計(jì)分別在x、y、z軸上的原始輸出；I,i=x、y、z-加速度計(jì)分別在x、y、z軸上的標(biāo)度因數(shù)； 三個(gè)正交安裝的加速度計(jì)具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于與理想安裝位置之間的差異，得到如 下方程： 式中：Bi,i=x、y、z表示經(jīng)過安裝誤差校正后的加速度計(jì)分別在x、y、z軸上的輸 出；αχζ、αxy、αyz、αyx、αzy、αzx表示安裝誤差系數(shù)，具體如下： αxz表示z軸上加速度計(jì)敏感到的X軸方向上的加速度； ayz表示z軸上加速度計(jì)敏感到的y軸方向上的加速度； axy表示y軸上加速度計(jì)敏感到的X軸方向上的加速度； azy表示y軸上加速度計(jì)敏感到的z軸方向上的加速度； ayx表示X軸上加速度計(jì)敏感到的y軸方向上的加速度； αzx表示X軸上加速度計(jì)敏感到的z軸方向上的加速度； 計(jì)算得到公式（4); (2)位置翻轉(zhuǎn) 使用翻轉(zhuǎn)裝置將加速度計(jì)組合在空間內(nèi)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，在每一個(gè)位置上對(duì)加速度計(jì)進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集； 公式⑷中待求解的誤差系數(shù)包括x、y、z三個(gè)軸上的（e+Ι)個(gè)加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù) 的階次誤差系數(shù)，以ayz、azy、αζχ這3個(gè)安裝誤差系數(shù)，總共有3*(e+2)個(gè)待求解的誤差 系數(shù)，翻轉(zhuǎn)的位置數(shù)N彡3*(e+2); 翻轉(zhuǎn)過程中的限定：任意兩個(gè)翻轉(zhuǎn)位置不能出現(xiàn)某一軸同時(shí)垂直于水平面的情 況；翻轉(zhuǎn)了N個(gè)位置后，得到N組X、y、z加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)，j= 1、2· · ·N; (3)數(shù)據(jù)初步處理 預(yù)設(shè)一組標(biāo)度因數(shù)，設(shè)為,下標(biāo)0表示初始值； 初始設(shè)所有加速度計(jì)零位為〇,Kg=K#。=Kg= 0,下標(biāo)0表示初始值； 根據(jù)公式（2)對(duì)N組加速度計(jì)輸出原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到N組(]Ay](]Az]。]，j =1、2· · ·N; 近似處理，設(shè)定標(biāo)度因數(shù)的所有階次誤差系數(shù)均為0,根據(jù)公式（1)得到： aij0 =Aij0,i=x>y>z,j= 1>2. . .N.......................................... (5) 設(shè)安裝誤差系數(shù)為0,根據(jù)公式（3)得到： Bij0 =Aij0,i=x>y>z,j= 1>2. . .N.......................................... (6) 將％j。和&j。代入公式（4)，則得到一個(gè)包含3* (e+2)個(gè)未知數(shù)的N維方程組；通 過最小二乘法計(jì)算得到一組3* (e+2)個(gè)未知數(shù)的估計(jì)值，設(shè)為： 則第一步計(jì)算得到的標(biāo)度因數(shù)、零位、安裝誤差系數(shù)為： Km =Kli0 · (1+Δm)，i=X、y、Z.......................................... (8)K0ii=K0i0+Δ0il，i= X、y、Z................................................(9) (4)數(shù)據(jù)迭代處理 h> 2,根據(jù)第（h_l)步計(jì)算得到的標(biāo)度因數(shù)和零位，對(duì)加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù) ，j= 1、2· · ·N，應(yīng)用公式（2)計(jì)算第h步迭代時(shí)的，j= 1、2· · ·N， 有： 近似處理，設(shè)定標(biāo)度因數(shù)的所有階次誤差系數(shù)均為0,根據(jù)公式（1)得到： aijh=Aijh，i=X、y、z，j= 1、2· · ·N(12) 根據(jù)公式⑷有： 將公式（12)和公式（13)的計(jì)算結(jié)果代入公式（4)，得到一個(gè)包含3* (e+2)個(gè)未知 數(shù)的N維方程組； 通過最小二乘法計(jì)算得到第h次迭代的未知數(shù)估計(jì)值，設(shè)為： 計(jì)算第h次迭代后得到的加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)、零位、安裝誤差系數(shù)如下：Klih =Kil(h1} · (1+Δlih)，i=X、y、Z.................................... (15)K0lh =K0l(h1}+A0l(h1}，i=x、y、z.................................... (16)設(shè)定一個(gè)閾值，對(duì)（h_l)步迭代結(jié)果和h步迭代的結(jié)果之差進(jìn)行判斷，當(dāng)差值小于 此閾值時(shí)，迭代結(jié)束，得到最終計(jì)算結(jié)果；否則重復(fù)步驟（4)，直到（h-Ι)步迭代結(jié)果和h步 迭代的結(jié)果之差小于閾值時(shí)，迭代結(jié)束。 進(jìn)一步的，如上所述的，步驟（2)中，翻 轉(zhuǎn)裝置為轉(zhuǎn)臺(tái)。進(jìn)一步的，如上所述的，e= 4。 進(jìn)一步的，如上所述的，步驟（4)中，閾 值判斷方法為：Klih-Klih!^ 5ppm,i=x>y>z；K0ih-K〇ih !彡 2X10 6g,i=x、y、z,g為重力加速度； ctyzh-ctyzh !彡 3 角秒；ctzyh-ctzyh !彡 3 角秒；azxh-azxhl：^3角秒。 本專利技術(shù)的有益效果在于，利用3個(gè)正交的軸上加速度矢量和始終為1個(gè)重力加速 度的原理，通過最小二乘法和迭代方法，將加速度計(jì)組合誤差模型中的零偏、標(biāo)度因數(shù)、標(biāo) 度因數(shù)高次項(xiàng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分離，標(biāo)定中只需要使用簡(jiǎn)易翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)加速度計(jì)組合進(jìn)行多個(gè)位 置的任意翻轉(zhuǎn)即可。使用本標(biāo)定方法進(jìn)行加速度計(jì)組合標(biāo)定，不僅解決了加速度計(jì)組合標(biāo) 定時(shí)對(duì)于矢量基準(zhǔn)的依賴，標(biāo)定方法的適用性非常廣泛，而且提高了標(biāo)定精度至角秒級(jí)。在 實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)用本專利技術(shù)無矢量標(biāo)準(zhǔn)的加速度計(jì)組合標(biāo)定方法可以使用簡(jiǎn)易設(shè)備翻轉(zhuǎn) 產(chǎn)品而實(shí)現(xiàn)非常高的標(biāo)定精度以及標(biāo)定重復(fù)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種無矢量標(biāo)準(zhǔn)的加速度計(jì)組合標(biāo)定方法，其特征在于，具體包括以下步驟：(1)確定應(yīng)用的加速度計(jì)組合誤差模型：Ax=Δ0x+ax+Δ1xax+...+ΔexaxeAy=Δ0y+ay+Δ1yay+...+ΔeyayeAz=Δ0z+az+Δ1zaz+...+Δezaze...(1)]]>式中：Ai,i＝x、y、z——加速度計(jì)分別在x、y、z軸上輸出的加速度；ai,i＝x、y、z——加速度計(jì)分別敏感x、y、z軸上的真實(shí)加速度；Δfi，i＝x、y、z，f＝0～e，e≥2——加速度計(jì)i標(biāo)度因數(shù)的j階誤差；加速度計(jì)輸出的加速度由如下公式計(jì)算：Ax=(Mx/K1x)-K0xAy=(My/K1y)-K0yAz=(Mz/K1z)-K0z...(2)]]>式中：Mi,i＝x、y、z——加速度計(jì)分別在x、y、z軸上的原始輸出；Ki,i＝x、y、z——加速度計(jì)分別在x、y、z軸上的標(biāo)度因數(shù)；三個(gè)正交安裝的加速度計(jì)具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于與理想安裝位置之間的差異，得到如下方程：BxByBz=100αyz10αzyαzx1×AxAyAz---(3)]]>式中：Bi,i＝x、y、z表示經(jīng)過安裝誤差校正后的加速度計(jì)分別在x、y、z軸上的輸出；αxz、αxy、αyz、αyx、αzy、αzx表示安裝誤差系數(shù)，具體如下：αxz表示z軸上加速度計(jì)敏感到的x軸方向上的加速度；αyz表示z軸上加速度計(jì)敏感到的y軸方向上的加速度；αxy表示y軸上加速度計(jì)敏感到的x軸方向上的加速度；αzy表示y軸上加速度計(jì)敏感到的z軸方向上的加速度；αyx表示x軸上加速度計(jì)敏感到的y軸方向上的加速度；αzx表示x軸上加速度計(jì)敏感到的z軸方向上的加速度；計(jì)算得到公式(4)；Σf=0eΔfxaxf+1+Σf=0eΔfyayf+1+Σf=0eΔfzazf+1-axayαyz+ayazαzy+azaxαzx=Bx2+By2+Bz2-12---(4)]]>(2)位置翻轉(zhuǎn)使用翻轉(zhuǎn)裝置將加速度計(jì)組合在空間內(nèi)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，在每一個(gè)位置上對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；公式(4)中待求解的誤差系數(shù)包括x、y、z三個(gè)軸上的(e+1)個(gè)加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)的階次誤差系數(shù)，以αyz、αzy、αzx這3個(gè)安裝誤差系數(shù)，總共有3*(e+2)個(gè)待求解的誤差系數(shù)，翻轉(zhuǎn)的位置數(shù)N≥3*(e+2)；翻轉(zhuǎn)過程中的限定：任意兩個(gè)翻轉(zhuǎn)位置不能出現(xiàn)某一軸同時(shí)垂直于水平面的情況；翻轉(zhuǎn)了N個(gè)位置后，得到N組x、y、z加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)[Mxj?Myj?Mzj]，j＝1、2...N；(3)數(shù)據(jù)初步處理預(yù)設(shè)一組標(biāo)度因數(shù)，設(shè)為[K1x0?K1y0?K1z0]，下標(biāo)0表示初始值；初始設(shè)所有加速度計(jì)零位為0，K0x0＝K0y0＝K0z0＝0，下標(biāo)0表示初始值；根據(jù)公式(2)對(duì)N組加速度計(jì)輸出原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到N組[Axj0?Ayj0?Azj0]，j＝1、2...N；近似處理，設(shè)定標(biāo)度因數(shù)的所有階次誤差系數(shù)均為0，根據(jù)公式(1)得到：aij0＝Aij0，i＝x、y、z，j＝1、2...N……………………………………(5)設(shè)安裝誤差系數(shù)為0，根據(jù)公式(3)得到：Bij0＝Aij0，i＝x、y、z，j＝1、2...N……………………………………(6)將aij0和Bij0代入公式(4)，則得到一個(gè)包含3*(e+2)個(gè)未知數(shù)的N維方程組；通過最小二乘法計(jì)算得到一組3*(e+2)個(gè)未知數(shù)的估計(jì)值，設(shè)為：[Δ0x1,Δ1x1...Δex1,Δ0y1,Δ1y1...Δey1,Δ0z1,Δ1z1...Δez1,αyz1,αzy1,αzx1]]]>下標(biāo)1表示第一步數(shù)值；(7)則第一步計(jì)算得到的標(biāo)度因數(shù)、零位、安裝誤差系數(shù)為：K1i1＝K1i0·(1+Δ1i1),i＝x、y、z……………………………………(8)K0i1＝K0i0+Δ0i1,i＝x、y、z…………………………………………(9)αyz1=Δyz1+αyz0αzy1=Δzy1+αzy0αzx1=Δzx1+αzx0...(10)]]>(4)數(shù)據(jù)迭代處理h≥2，根據(jù)第(h?1)步計(jì)算得到的標(biāo)度因數(shù)和零位，對(duì)加速度計(jì)輸出的原始數(shù)據(jù)[Mxj?Myj?Mzj]，j＝1、2...N，應(yīng)用公式(2)計(jì)算第h步迭代時(shí)的[Axjh?Ayj...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃程友，邱宏波，莫明崗，解穎，紀(jì)杏紅，李海強(qiáng)，張曉磊，王迪，高輝，楊為棟，郭玉勝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11
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