CN108519103B - 利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置,它包括摇摆台电机、由摇摆台电机驱动的摇摆台、通过减震***设置在摇摆台上的外部框架、安装在外部框架中并由稳定平台力矩电机驱动的稳定平台台体、安装在稳定平台台体上的重力仪、安装在重力仪上的惯性测量单元,它还包括反射镜面和自准直仪,其中,惯性***稳定平台的重力仪顶端通过支杆安装反射镜面,惯性***外设置自准直仪,该自准直仪的镜头与反射镜面相对应。本发明解决了陀螺稳定平台本身精度很高而无法进行评定的难题,而且可以同时进行多姿态的精度评定。
Description
技术领域
本发明涉及惯性导航技术领域,具体涉及一种利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置及方法。
背景技术
随着科技的不断进步,导航***的地位越来越重要,其精度严重制约这导航设备性能的发挥。而不同的需求所要求的惯性***的精度也不同,所以对惯性***精度的评定至关重要。惯性***如图1所示,包括由摇摆台电机1驱动的摇摆台2、通过减震***3设置在摇摆台2上的外部框架4、安装在外部框架4中并由稳定平台力矩电机5驱动的稳定平台台体6、安装在稳定平台台体6上的重力仪7、安装在重力仪7上的惯性测量单元8,根据惯导***提供的信息种类,衡量惯导***的精度指标主要包含姿态精度、速度精度、位置精度。
目前常见的姿态精度评定一般通过光学方法获得***姿态基准。利用光学测量***进行***姿态精度的评定方法需要复杂的光路设计,同时所需设备众多,对环境要求高。同时,在进行惯导***精度评定时,在测试设备和***之间不可避免的存在安装误差,该安装误差与***本身姿态误差耦合,最终影响***的精度评定。因此,如何在有限的环境条件下,有效分离***安装误差和姿态误差,准确、合理的评价出***的姿态精度成为惯导***技术也成为惯性***技术研究的重要方面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置及方法,该装置及方法解决了陀螺稳定平台本身精度很高而无法进行评定的难题,而且可以同时进行多姿态的精度评定。
为解决上述技术问题,本发明公开的一种利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置,它包括摇摆台电机、由摇摆台电机驱动的摇摆台、通过减震***设置在摇摆台上的外部框架、安装在外部框架中并由稳定平台力矩电机驱动的稳定平台台体、安装在稳定平台台体上的重力仪、安装在重力仪上的惯性测量单元,其特征在于:它还包括反射镜面和自准直仪,其中,惯性***稳定平台的重力仪顶端通过支杆安装反射镜面,惯性***外设置自准直仪,该自准直仪的镜头与反射镜面相对应。
一种利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定方法,其特征在于,它包括如下步骤:
步骤1:在惯性***稳定平台的重力仪顶端通过支杆安装反射镜面,并在惯性***外设置自准直仪,该自准直仪的镜头与反射镜面对应;
步骤2:调平自准直仪并打开使其工作,并控制惯性***不工作,利用水平仪手动调平惯性***稳定平台的重力仪,记录自准直仪的光点坐标X1,由于惯性***不工作,此时误差源只来自外部测量单元,因此,将光点坐标X1作为自准直仪当前的绝对零位;
步骤3:以反射镜面的中心为坐标系原点,垂直于反射镜面并指向正前方的为y轴,垂直于y轴指向正右方的为x轴,垂直于x、y轴指向正上方的为z轴,因此,定义y轴为横摇轴,绕着y轴旋转产生的角为横摇角;定义x轴为俯仰轴,绕着x轴旋转产生的角为俯仰角;定义z轴为旋转轴,绕着z轴旋转产生的角为旋转角;
步骤4:控制***惯性***工作,记录自准直仪的光点坐标X2,此时控制惯性***开机,误差源有自准直仪安装误差β0,镜面安装误差由于惯性***的稳定平台台体的姿态变化而引起的反射镜面横摇误差角纵摇误差角旋转误差角将光点坐标X2作为自准直仪当前的绝对零位;
步骤5:由于惯性***的稳定平台台体的姿态变化而导致反射镜面的横摇、俯仰和旋转运动,从而使自准直仪接收到反射光的位置在不断变化,通过这个变化利用光的反射原理推算出反射镜面的姿态变化,进而确定稳定平台台体的姿态变化;
步骤6:静态实验,在惯性***的控制***作用下,稳定平台台体隔离惯性***的摇摆台姿态变化的影响,摇摆台保持静止,模拟惯性***载体静止时的状态,利用自准直仪测量稳定平台台体俯仰角和旋转角;动态实验,在惯性***的控制***作用下,摇摆台做变速摇摆,模拟惯性***载体的运动状态,利用自准直仪测量稳定平台台体俯仰角和旋转角;
步骤7:自准直仪在接收到反射光后,会自动测出自准直仪的接收板上光入射点与光出射点之间距离的x轴分量和z轴分量以及自准直仪的接收板与反射镜面之间的距离L,并计算出稳定平台台体的俯仰角变化角度α和旋转角变化角度α1:
至此完成稳定平台的多姿态精度评定。
本发明的有益效果:
1、本发明可以同时评定出稳定平台在俯仰轴和旋转轴两个方向的精度,实现了多姿态精度同步评定。
2、光电自准直仪的测量精度非常高,解决了精度稳定平台精度评定的难题。
3、由上述步骤可以看出,本方法的原理简单易懂,实际操作也省时省力,由发明的方法自动完成姿态精度的评定,且本方法需要准备一台光电自准直仪即可,无需提供更多的设备和工具。
4、本发明方法在实验室内即可进行,无需考虑外部环境(天气情况,风向等)的影响,适用性很强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为实际状态下本发明方法的光学试验***角度关系图;
图3为理想状态下本发明方法的光学试验***角度关系图;
图4为静态试验下的本发明效果图(横坐标为采样第几次采样,纵坐标为俯仰角,单位为角秒);
图5为动态试验下的本发明效果图。
其中,1—摇摆台电机、2—摇摆台、3—减震***、4—外部框架、5—稳定平台力矩电机、6—稳定平台台体、7—重力仪、8—惯性测量单元、9—反射镜面、10—自准直仪。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
本发明的一种利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置,如图1所示,它包括摇摆台电机1、由摇摆台电机1驱动的摇摆台2、通过减震***3设置在摇摆台2上的外部框架4、安装在外部框架4中并由稳定平台力矩电机5驱动的稳定平台台体6、安装在稳定平台台体6上的重力仪7、安装在重力仪7上的惯性测量单元8,它还包括反射镜面9和自准直仪10,其中,惯性***稳定平台的重力仪7顶端通过支杆安装反射镜面9,惯性***外设置自准直仪10,该自准直仪10的镜头与反射镜面9相对应。
一种利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定方法,它包括如下步骤:
步骤1:在惯性***稳定平台的重力仪7顶端通过支杆安装反射镜面9,并在惯性***外设置自准直仪10,该自准直仪10的镜头与反射镜面9对应;
步骤2:调平自准直仪10并打开使其工作,并控制惯性***不工作,利用水平仪手动调平惯性***稳定平台的重力仪7,记录自准直仪10的光点坐标X1,由于惯性***不工作,此时误差源只来自外部测量单元,因此,将光点坐标X1作为自准直仪10当前的绝对零位,这样就消除了自准直仪10自身的安装误差;
步骤3:以反射镜面9的中心为坐标系原点,垂直于反射镜面9并指向正前方的为y轴,垂直于y轴指向正右方的为x轴,垂直于x、y轴指向正上方的为z轴,因此,定义y轴为横摇轴,绕着y轴旋转产生的角为横摇角;定义x轴为俯仰轴,绕着x轴旋转产生的角为俯仰角;定义z轴为旋转轴,绕着z轴旋转产生的角为旋转角;
步骤4:控制***惯性***工作,记录自准直仪10的光点坐标X2,此时控制惯性***开机,此时惯性测量单元8误差与惯性***的控制***(各种控制电机及辅助设备)误差开始发挥作用,误差源有自准直仪安装误差β0,镜面安装误差由于惯性***的稳定平台台体6的姿态变化而引起的反射镜面9横摇误差角纵摇误差角旋转误差角将光点坐标X2作为自准直仪10当前的绝对零位,这样就消除了自准直仪10自身的安装误差和惯性测量单元8误差与惯性***的控制***误差;
步骤5:由于惯性***的稳定平台台体6的姿态变化而导致反射镜面9的横摇、俯仰和旋转运动,从而使自准直仪10接收到反射光的位置在不断变化,通过这个变化利用光的反射原理推算出反射镜面9的姿态变化,进而确定稳定平台台体6的姿态变化;
步骤6:静态实验,在惯性***的控制***作用下,稳定平台台体6隔离惯性***的摇摆台2姿态变化的影响,摇摆台2保持静止,模拟惯性***载体静止时的状态,利用自准直仪10测量稳定平台台体6俯仰角和旋转角;动态实验,在惯性***的控制***作用下,摇摆台2做变速摇摆,模拟惯性***载体的复杂运动状态,利用自准直仪10测量稳定平台台体6俯仰角和旋转角;
步骤7:自准直仪10在接收到反射光后,会自动测出自准直仪10的接收板上光入射点与光出射点之间距离的x轴分量和z轴分量以及自准直仪10的接收板与反射镜面9之间的距离L,并计算出稳定平台台体6的俯仰角变化角度α和旋转角变化角度α1:
至此完成稳定平台的多姿态精度评定。
上述技术方案的步骤2中,如图2所示,此时光电自准直仪和惯性***之间满足如下关系式:
其中,自准直仪安装误差为β0,镜面安装误差为α′为惯性***的惯性测量单元8和惯性***的控制***误差以及反射镜面9安装误差同时作用到反射镜面9上产生的偏角,步骤2中α′与相等,L为自准直仪10的接收板与反射镜面9之间的距离,θ为反射镜面9的入射光线与反射光线夹角;
上述技术方案的步骤4中,此时光电自准直仪和惯性***之间满足如下关系式:
即可排除β0产生的外部误差,得到惯性***的惯性测量单元8与惯性***的控制***造成的绝对误差α′为惯性***的惯性测量单元8和惯性***的控制***误差以及反射镜面9安装误差同时作用到反射镜面9上产生的偏角,步骤4中,α′等于θ表示反射镜面9的入射光线与反射光线夹角。
上述技术方案中,由于反射镜面9和自准直仪10接收面均为二维平面,所以此原理可以评定出稳定平台在俯仰轴和旋转轴两个方向的精度,实现了多姿态精度评定。
光电自准直仪是由高分辨率的CCD传感器和配套物镜管组合而成的。物镜管可装配不同焦距的镜头,使得整套仪器具有非常宽广的测量范围,可满足不同测量精度要求的性能。基于上述姿态精度评定中存在的问题和光电自准直仪本身的优势,本发明设计的利用光电自准直仪对稳定平台进行多姿态精度同步评定的方法,不仅可以同时测量稳定平台的航向角和纵摇角两种姿态变化,而且原理简单适用性非常强。解决了现有技术中稳定平台精度高,无法评定和只能单一评定一个方向姿态等问题。
上述技术方案中,自准直仪10选用TriAngle电子自准直仪。其基本性能指标为:测量精度:±0.05秒(10秒内);±0.10秒(20秒内);±0.25秒(全程)。并设置其采样率为10HZ,以俯仰角为例进行上述静态实验和动态实验,得到本发明设计的具体效果由图4和5所示。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (1)
1.一种利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置的同步评定方法,所述利用自准直仪的稳定平台多姿态精度同步评定装置包括摇摆台电机(1)、由摇摆台电机(1)驱动的摇摆台(2)、通过减震***(3)设置在摇摆台(2)上的外部框架(4)、安装在外部框架(4)中并由稳定平台力矩电机(5)驱动的稳定平台台体(6)、安装在稳定平台台体(6)上的重力仪(7)、安装在重力仪(7)上的惯性测量单元(8),它还包括反射镜面(9)和自准直仪(10),其中,惯性***稳定平台的重力仪(7)顶端通过支杆安装反射镜面(9),惯性***外设置自准直仪(10),该自准直仪(10)的镜头与反射镜面(9)相对应;
其特征在于,同步评定方法包括如下步骤:
步骤1:在惯性***稳定平台的重力仪(7)顶端通过支杆安装反射镜面(9),并在惯性***外设置自准直仪(10),该自准直仪(10)的镜头与反射镜面(9)对应;
步骤2:调平自准直仪(10)并打开使其工作,并控制惯性***不工作,利用水平仪手动调平惯性***稳定平台的重力仪(7),记录自准直仪(10)的光点坐标X1,由于惯性***不工作,此时误差源只来自外部测量单元,因此,将光点坐标X1作为自准直仪(10)当前的绝对零位;
步骤3:以反射镜面(9)的中心为坐标系原点,垂直于反射镜面(9)并指向正前方的为y轴,垂直于y轴指向正右方的为x轴,垂直于x、y轴指向正上方的为z轴,因此,定义y轴为横摇轴,绕着y轴旋转产生的角为横摇角;定义x轴为俯仰轴,绕着x轴旋转产生的角为俯仰角;定义z轴为旋转轴,绕着z轴旋转产生的角为旋转角;
步骤4:控制***惯性***工作,记录自准直仪(10)的光点坐标X2,此时控制惯性***开机,误差源有自准直仪安装误差β0,镜面安装误差由于惯性***的稳定平台台体(6)的姿态变化而引起的反射镜面(9)横摇误差角纵摇误差角旋转误差角将光点坐标X2作为自准直仪(10)当前的绝对零位;
步骤5:由于惯性***的稳定平台台体(6)的姿态变化而导致反射镜面(9)的横摇、俯仰和旋转运动,从而使自准直仪(10)接收到反射光的位置在不断变化,通过这个变化利用光的反射原理推算出反射镜面(9)的姿态变化,进而确定稳定平台台体(6)的姿态变化;
步骤6:静态实验,在惯性***的控制***作用下,稳定平台台体(6)隔离惯性***的摇摆台(2)姿态变化的影响,摇摆台(2)保持静止,模拟惯性***载体静止时的状态,利用自准直仪(10)测量稳定平台台体(6)俯仰角和旋转角;动态实验,在惯性***的控制***作用下,摇摆台(2)做变速摇摆,模拟惯性***载体的运动状态,利用自准直仪(10)测量稳定平台台体(6)俯仰角和旋转角;
步骤7:自准直仪(10)在接收到反射光后,会自动测出自准直仪(10)的接收板上光入射点与光出射点之间距离的x轴分量和z轴分量以及自准直仪(10)的接收板与反射镜面(9)之间的距离L,并计算出稳定平台台体(6)的俯仰角变化角度α和旋转角变化角度α1:
至此完成稳定平台的多姿态精度评定;
所述步骤2中,此时光电自准直仪和惯性***之间满足如下关系式:
其中,自准直仪安装误差为β0,镜面安装误差为α′为惯性***的惯性测量单元(8)和惯性***的控制***误差以及反射镜面(9)安装误差同时作用到反射镜面(9)上产生的偏角,步骤2中α′与相等,L为自准直仪(10)的接收板与反射镜面(9)之间的距离,θ为反射镜面(9)的入射光线与反射光线夹角;
所述步骤4中,此时光电自准直仪和惯性***之间满足如下关系式:
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