基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)和單元體自旋轉(zhuǎn)的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差標(biāo)定

基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)和單元體自旋轉(zhuǎn)的慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差標(biāo)定

1旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)采用慣性技術(shù)作為一門重要的應(yīng)用，其特點(diǎn)是工作時(shí)間長(zhǎng)、精度和可靠性要求高。旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)可以消除常值和緩變誤差的影響,從而大幅提高系統(tǒng)精度2安裝誤差分析系統(tǒng)2.1電機(jī)擺動(dòng)加計(jì)圖1所示為雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制式激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖,其中每個(gè)單元體裝有2個(gè)陀螺和2個(gè)加計(jì)。單元體通過(guò)電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)行正反整周連續(xù)旋轉(zhuǎn)。在定義安裝誤差角之前,建立如下3個(gè)坐標(biāo)系:1)測(cè)量坐標(biāo)系(m2)理想旋轉(zhuǎn)系(r3)理想機(jī)體系(b系):旋轉(zhuǎn)軸OZ2.2旋轉(zhuǎn)軸間的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化理想狀態(tài)下,m在上述建立的坐標(biāo)系下,共定義了17項(xiàng)安裝誤差角,分為以下3類:第1類,表征旋轉(zhuǎn)軸與慣性器件敏感軸的不正交角;第2類,表征慣性敏感軸之間的不正交角;第3類:表征兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸間的不正交角,具體如表1所示。其中下標(biāo)1和2表示單元體I和II,下標(biāo)g和a表示陀螺和加計(jì),下標(biāo)x和y表示x圖3所示為單元體I中與陀螺相關(guān)的安裝誤差,其中β圖4所示為單元體I中與加計(jì)相關(guān)的安裝誤差,其中β圖5所示為單元體II中與陀螺相關(guān)的安裝誤差,其中β圖6所示為單元體II中與加計(jì)相關(guān)的安裝誤差,其中β圖7~9為第3類誤差角的示意圖,為了便于表示,將部分坐標(biāo)軸進(jìn)行了平移。α上述17項(xiàng)誤差中,α2.3倍旋轉(zhuǎn)周期誤差分量的計(jì)算常規(guī)捷聯(lián)慣導(dǎo)中,安裝誤差的影響是明確的現(xiàn)以α若沒有考慮這項(xiàng)誤差,仍按理想旋轉(zhuǎn)進(jìn)行坐標(biāo)變換,則對(duì)應(yīng)機(jī)體坐標(biāo)系的測(cè)量值為:在上述條件下,角速度輸入軸上出現(xiàn)了二倍旋轉(zhuǎn)周期的測(cè)量誤差,同時(shí)在另一軸上出現(xiàn)常值和二倍旋轉(zhuǎn)周期的誤差分量。可見較普通捷聯(lián)慣導(dǎo),其誤差特性發(fā)生了變化。表2、表3為考慮各項(xiàng)輸入情況下,測(cè)量誤差的表現(xiàn)形式。3誤差檢測(cè)方法本文提出了一種基于單元體自旋轉(zhuǎn)和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的誤差標(biāo)定方案。該方案不要求轉(zhuǎn)臺(tái)水平和指北,可實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各項(xiàng)安裝誤差的快速精確標(biāo)定。3.1旋轉(zhuǎn)軸約化和旋轉(zhuǎn)軸邊界條件單元體自旋轉(zhuǎn)的方法用來(lái)標(biāo)定第一類的共8項(xiàng)誤差角,分別以β單元體I在以ω式中:ε將式(4)兩邊積分,聯(lián)立可得:同理可求得β單元體I在旋轉(zhuǎn)軸分別指上和指下,同時(shí)旋轉(zhuǎn)一周過(guò)程中,X可得:式中:同理可求得β3.2機(jī)體系x軸誤差加速度及誤差角速率在對(duì)旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)誤差特性分析的基礎(chǔ)上,利用高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)第2、3類誤差角的精確標(biāo)定。表4給出誤差標(biāo)定順序,表中位置以靠近導(dǎo)航坐標(biāo)系的位置表示,實(shí)際位置與導(dǎo)航坐標(biāo)系有一定偏角。1)位置1時(shí),機(jī)體系X軸輸出的誤差加速度為:考慮到測(cè)量坐標(biāo)系上還有部分剩余的常值誤差未補(bǔ)償,由此造成在機(jī)體系上具有一倍旋轉(zhuǎn)周期的振蕩誤差項(xiàng)。因此X軸的誤差加速度中含有3種分量:常值、一倍旋轉(zhuǎn)周期項(xiàng)、二倍旋轉(zhuǎn)周期項(xiàng)。使用如下多項(xiàng)式形式進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合:求得系數(shù)b2)位置3可測(cè)得轉(zhuǎn)臺(tái)Z3)位置2時(shí),機(jī)體系X軸輸出的誤差角速率為:考慮到測(cè)量坐標(biāo)系上還有部分剩余的常值誤差未補(bǔ)償,由此造成在機(jī)體系上具有一倍旋轉(zhuǎn)周期的振蕩誤差項(xiàng)。因此X軸的誤差角速率中含有3種分量:常值、一倍旋轉(zhuǎn)周期項(xiàng)、二倍旋轉(zhuǎn)周期項(xiàng)。使用如下多項(xiàng)式形式進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合:求得系數(shù)b4)位置4時(shí),機(jī)體系Z軸輸出的誤差角速率為:基于同樣的分析,對(duì)Δω求得系數(shù)b5)位置5和位置6可分別測(cè)得轉(zhuǎn)臺(tái)Z4標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果與分析4.1重復(fù)性誤差補(bǔ)償表5~7列舉了安裝誤差的標(biāo)定結(jié)果,重復(fù)性均優(yōu)于2″,圖10~14所示為各項(xiàng)誤差角補(bǔ)償前、后的誤差角速度和誤差加速度在一個(gè)正反旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的變化情況。4.2精度分析4.2.1角測(cè)量精度分析由圖10~12可看出,誤差角速率在經(jīng)過(guò)誤差補(bǔ)償后,周期振蕩的幅值均小于1°/h。由式(9)可知,α4.2.2角測(cè)量精度分析實(shí)際系統(tǒng)中陀螺輸出噪聲為2″,則由式(6)可知,β5誤差標(biāo)定方案本文主要論述了雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制式激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中安裝誤差的標(biāo)定問(wèn)題,在分析系統(tǒng)誤差特性的基礎(chǔ)上,提出了基于單元體自旋轉(zhuǎn)和三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的誤差標(biāo)定方案:1)利用單元體自身旋轉(zhuǎn),在一個(gè)正反旋轉(zhuǎn)(480s)內(nèi)可標(biāo)定出旋轉(zhuǎn)軸和慣性器件敏感軸之間的不正交角,標(biāo)定精度優(yōu)于1″;2)利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái),在單元體旋轉(zhuǎn)的情況下,在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期里