CN114184212B - 一种惯性仪表零位温度补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种惯性仪表零位温度补偿方法，属于惯性测量领域。本发明包括标定试验方法、零位补偿模型、参数表格式和参数计算方法。将零位补偿模型设计为温度与温变率相关的函数，与温度的关系为3阶多项式；温变率的系数与温度相关，是温度的2阶多项式；同时将温度区间大致分为低温、常温、高温3段分别求取补偿系数，以获得更加精确的补偿参数。本发明将启动部分和稳定输出部分分别建模，最终求得零位与温度或温变率的关系，可获得更准确的补偿参数；提高惯性仪表输出精度。

Description

一种惯性仪表零位温度补偿方法
技术领域
本发明属于惯性测量领域，具体涉及一种惯性仪表零位温度补偿方法。
背景技术
惯性测量装置是弹上的重要设备，为弹上信息处理器提供角速度和加速度信息，用于导航、制导和稳定控制。惯性仪表作为惯性测量装置的核心部件，包括陀螺仪和加速度计，分别用于测量载体角速度和加速度信息；典型的为三只敏感轴正交(X轴、Y轴、Z轴)的陀螺仪和加速度计构型。惯性仪表原始输出包含零位、标度因数、安装误差等参数信息，需要估计出这些参数，才能最终获得理论测量轴的输出值。惯性仪表参数补偿的准确度，会影响武器***导航、制导误差，影响导弹命中精度。
惯性仪表各参数随温度变化，其中零位受温度影响最大。惯性测量装置分别在工作温度范围内多个恒定温度点上电测量惯性仪表的输出，可得到仪表在各试验温度点下零位输出曲线，曲线包括启动部分和稳定输出部分。常规的零位标定方法仅求取了稳定输出部分，没有对启动部分建模；将这两部分分别建模，最终求得零位与温度或温变率的关系，可获得更准确的补偿参数；提高惯性仪表输出精度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种惯性仪表零位温度补偿方法，以解决常规的零位标定方法仅求取了稳定输出部分，没有对启动部分建模的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种惯性仪表零位温度补偿方法，该方法包括如下步骤：
S1、根据惯性测量装置工作范围T1℃-T7℃,T1<0，T7>0，选取7个温度点：分别做恒温标定试验，采集惯性测量装置中的惯性仪表温度值；
S2、将温度划分为3个区间：[T1，0)℃，[0，40)℃，[40，T7]℃，根据采集到的惯性仪表温度值，参考温度区间，确定当前温度所在的温度补偿区间；从而确定补偿系数，零位补偿模型如下：
其中，Zi0：惯性仪表补偿后零位值；T：惯性仪表温度值；T0：惯性仪表上电后1s温度输出均值；温变率；Bi0～Bi3：第i个温度区间内温度系数，Bi4～Bi6：第i个温度区间内温变率系数，温度系数和温变率系数为补偿系数；
S3、将3个温度区间和各区间温度、温变率系数设置为配置项形成参数表，上传至惯性测量装置数据存储器，处理器软件在预定时间间隔内读取一次惯性仪表当前温度值，根据补偿模型，进行零位补偿参数的实时解算。
进一步地，所述步骤S1具体包括如下步骤：
S11、惯性测量装置安装在标定工装上，工装固定在带温箱三轴转台上，XYZ轴初始位置东天南，惯性测量装置包括惯性仪表；
S12、温箱设置在恒定温度点下，保温时长A后产品上电测试，采集数据；
S13、测试时长B后，对XYZ轴的十二种位置测试，采集惯性仪表温度值，每位置测试时长C。
进一步地，时长A为2h。
进一步地，时长B为30min。
进一步地，时长C为1min。
进一步地，十二种位置包括：天西南、天东北、东北天、西南天、南天西、北天东、地西北、地东南、东南地、西北地、南地东和北地西。
进一步地，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21、在各恒定温度点下求出X轴朝东、朝西输出的位置均值，即为该温度点下的稳定零偏；
S22、分3个区间段：T1～0，0～40，40～T7，分别依据所在区间内的3个恒温点下的零偏，拟合出以温度为自变量，零偏为因变量的3阶多项式系数：Bi0～Bi3；
S23、将每个区间段3个恒温点下X陀螺上电后输出15min数据进行10s平均，扣除与温度相关的零位输出后，即扣除补偿模型中Bi0～Bi3相关的分量后，求得各恒温点下，陀螺仪平均温度每上升1℃的零偏变化值：其中Z90，Z1分别为最后1个和第1个均值，T90，T1分别为最后一个温度均值和第1个均值；再依据如下公式求得温变率系数；
B＝(X'*X)-1*X*Y (2)
其中，
进一步地，对于第一个温度区间[T1,0),选择的3个恒温点为
进一步地，惯性仪表包括陀螺仪和加速度计。
进一步地，所述步骤S3中，根据预定的协议格式，通过通讯接口上传至惯性测量装置数据存储器
(三)有益效果
本发明提出一种惯性仪表零位温度补偿方法，本发明包括标定试验方法、零位补偿模型、参数表格式和参数计算方法。将零位补偿模型设计为温度与温变率相关的函数，与温度的关系为3阶多项式；温变率的系数与温度相关，是温度的2阶多项式；同时将温度区间大致分为低温、常温、高温3段分别求取补偿系数，以获得更加精确的补偿参数。本发明将启动部分和稳定输出部分分别建模，最终求得零位与温度或温变率的关系，可获得更准确的补偿参数；提高惯性仪表输出精度。
附图说明
图1为本发明惯性仪表零位参数补偿方法的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明设计了一种关于惯性仪表零位的补偿方法，包括标定试验方法、零位补偿模型、参数表格式和参数计算方法。将零位补偿模型设计为温度与温变率相关的函数，与温度的关系为3阶多项式；温变率的系数与温度相关，是温度的2阶多项式；同时将温度区间大致分为低温、常温、高温3段分别求取补偿系数，以获得更加精确的补偿参数。
(一)标定方法：
S1、根据惯性测量装置工作范围T1℃-T7℃,T1<0，T7>0，选取7个温度点：分别做如下的恒温标定试验，采集惯性测量装置中的惯性仪表温度值。
S11、惯性测量装置安装在标定工装上，工装固定在带温箱三轴转台上，XYZ轴初始位置东天南，惯性测量装置包括惯性仪表。
S12、温箱设置在恒定温度点下，保温2h后产品上电测试，采集数据。
S13、测试30min后，按表1的对十二位置测试(XYZ轴的十二种位置)，采集惯性仪表温度值，每位置测试1min。十二种位置包括：天西南、天东北、东北天、西南天、南天西、北天东、地西北、地东南、东南地、西北地、南地东和北地西。
表1十二位置
序号 1 2 3 4
位置 天西南 天东北 东北天 西南天
序号 5 6 7 8
位置 南天西 北天东 地西北 地东南
序号 9 10 11 12
位置 东南地 西北地 南地东 北地西
(二)零位补偿模型：
S2、将温度划分为3个区间：[T1，0)℃，[0，40)℃，[40，T7]℃，根据采集到的惯性仪表温度值，参考温度区间，确定当前温度所在的温度补偿区间；从而确定补偿系数，零位补偿模型如下：
其中，Zi0：惯性仪表补偿后零位值(LSB)；T：惯性仪表温度值(℃)；T0：惯性仪表上电后1s温度输出均值(℃)；温变率(℃)；Bi0～Bi3：第i个温度区间内温度系数，Bi4～Bi6：第i个温度区间内温变率系数。温度系数和温变率系数为补偿系数。
(三)参数表格式：
S3、将3个温度区间和各区间温度、温变率系数设置为配置项形成参数表，根据预定的协议格式，通过通讯接口上传至惯性测量装置数据存储器，处理器软件在预定时间间隔内读取一次惯性仪表当前温度值，根据补偿模型，进行零位补偿参数的实时解算。以一轴惯性仪表为例，参数表格式如下：
表2零位参数表格式
序号 1. 2. 3. 4. 备注
含义 T1(℃) 0(℃) 40(℃) T7(℃)
序号 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 备注
含义 B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 区间[T1，0)参数
序号 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 备注
含义 B20 B21 B22 B23 B24 B25 B26 区间[0，40)参数
序号 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.
含义 B30 B31 B32 B33 B34 B35 B36 区间[40，T7]参数
(四)补偿系数计算方法：
以X轴陀螺为例：
S21、在各恒定温度点下求出X轴朝东、朝西输出的位置均值，即为该温度点下的稳定零偏。
S22、分3个区间段：T1～0，0～40，40～T7，分别依据所在区间内的3个恒温点下的零偏，拟合出以温度为自变量，零偏为因变量的3阶多项式系数：Bi0～Bi3。
S23、以第一个温度区间[T1,0)为例：分别将3个恒温点下X陀螺上电后输出15min数据进行10s平均，扣除与温度相关的零位输出(补偿模型中Bi0～Bi3相关的分量)后，求得各恒温点下，陀螺仪平均温度每上升1℃的零偏变化值：/>其中Z90，Z1分别为最后1个和第1个均值，T90，T1分别为最后一个温度均值和第1个均值。再依据如下公式求得温变率系数。
B＝(X'*X)-1*X*Y......................................(2)
其中，
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、根据惯性测量装置工作范围T1℃～T7℃,T1<0，T7>0，选取7个温度点：分别做恒温标定试验，采集惯性测量装置中的惯性仪表温度值；
S2、将温度划分为3个区间：[T1，0)℃，[0，40)℃，[40，T7]℃，根据采集到的惯性仪表温度值，参考温度区间，确定当前温度所在的温度补偿区间；从而确定补偿系数，零位补偿模型如下：
其中，Zi0：惯性仪表补偿后零位值；T：惯性仪表温度值；T0：惯性仪表上电后1s温度输出均值；温变率；Bi0～Bi3：第i个温度区间内温度系数，Bi4～Bi6：第i个温度区间内温变率系数，温度系数和温变率系数为补偿系数；
S3、将3个温度区间和各区间温度、温变率系数设置为配置项形成参数表，上传至惯性测量装置数据存储器，处理器软件在预定时间间隔内读取一次惯性仪表当前温度值，根据补偿模型，进行零位补偿参数的实时解算；
其中，
所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21、在各恒定温度点下求出X轴朝东、朝西输出的位置均值，即为该温度点下的稳定零偏；
S22、分3个区间段：T1～0，0～40，40～T7，分别依据所在区间内的3个恒温点下的零偏，拟合出以温度为自变量，零偏为因变量的3阶多项式系数：Bi0～Bi3；
S23、将每个区间段3个恒温点下X陀螺上电后输出15min数据进行10s平均，扣除与温度相关的零位输出后，即扣除补偿模型中Bi0～Bi3相关的分量后，求得各恒温点下，陀螺仪平均温度每上升1℃的零偏变化值：其中Z90，Z1分别为最后1个和第1个均值，T90，T1分别为最后一个温度均值和第1个均值；再依据如下公式求得温变率系数；
B＝(X'*X)-1*X*Y (2)
其中，
2.如权利要求1所述的惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：
S11、惯性测量装置安装在标定工装上，工装固定在带温箱三轴转台上，XYZ轴初始位置东天南，惯性测量装置包括惯性仪表；
S12、温箱设置在恒定温度点下，保温时长A后产品上电测试，采集数据；
S13、测试时长B后，对XYZ轴的十二种位置测试，采集惯性仪表温度值，每位置测试时长C。
3.如权利要求2所述的惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，时长A为2h。
4.如权利要求2所述的惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，时长B为30min。
5.如权利要求2所述的惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，时长C为1min。
6.如权利要求2所述的惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，十二种位置包括：天西南、天东北、东北天、西南天、南天西、北天东、地西北、地东南、东南地、西北地、南地东和北地西。
7.如权利要求1所述的惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，对于第一个温度区间[T1,0),选择的3个恒温点为T1，
8.如权利要求1所述的惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，惯性仪表包括陀螺仪和加速度计。
9.如权利要求1所述的惯性仪表零位温度补偿方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据预定的协议格式，通过通讯接口上传至惯性测量装置数据存储器。
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