轉臺位置誤差對光纖陀螺慣組標定結果的影響

陳蔭 李玲 徐孔贊 張東驛

摘 要：本次研究主要借助三軸轉臺加以標定情況下，探究轉臺的不水平度、不正交度、定位精度，與轉臺坐標系不重合度針對光纖陀螺慣組標定結果所造成的最終影響。通過在本次研究中構建四元數法的轉臺位置誤差模型，對位置誤差的主要傳遞路徑加以推導，定量分析了不同位置誤差下的陀螺標定誤差。經研究發現陀螺的標定結果誤差，與陀螺的零偏誤差基本屬于同等量級，安裝系數誤差與轉臺不正交度、定位精度誤差屬于同一量級。

關鍵詞：轉臺位置誤差；光纖陀螺；慣組標定

光纖陀螺捷聯慣導系統在運用之前，勢必需要經由標定試驗，從而對陀螺儀器設備及加速度儀器之間的不同誤差系數加以確定，進而在捷聯慣導過程中加以補償。通常基于實驗室內完成標定，加速度計以及光纖脫落則主要經由為位置、速率轉臺完成標定[1]。捷聯慣性組合其標定精度，直接對導航的精準度造成影響，隨著造成誤差的不斷累積，會出現愈來愈大的誤差。由此本次研究探討轉臺位置誤差對光纖陀螺慣組標定結果的影響。

1、IMU標定模型

1.1光纖陀螺慣組標定模型

光纖陀螺的慣組標定模型公式表示如下[2]：

1.2陀螺慣組標定原理

要確保陀螺的IMU模型角速度輸入精確度，需要以高精度的轉臺角速率為基礎，通過比較陀螺的輸出及角速度輸入，能夠對標定參數加以預估[3]。通常情況下陀螺的零偏差主要以位置標定法為主，以速率法為主運用于陀螺的標度因素及安裝誤差標定。通過將轉臺設為零位情況下，其內中外框主要以南、東、天指向，安裝在內框IMU在體系X、Y、Z軸，分別指向了北、天、冬，平行于轉臺的內、外、中框。

2、誤差分析

2.1轉臺位置誤差分析及建模

通過轉動四元數值及方向余弦矩陣，可以得出四元數值所對應的方向余弦矩陣分別為：

2.2陀螺零偏

經本次得出陀螺的零偏差傳遞公式，可以發現陀螺的慣組標定結果誤差，密切相關于轉臺位置誤差，且轉臺存在的位置誤差會直接導致光纖脫落的慣組標定零偏誤差，作為轉臺誤差及地球自轉角速度的乘積。

結語

通過在本次研究中探討轉臺位置誤差，針對光纖陀螺慣組標定所造成的結果影響，采用光纖陀螺捷聯慣導系統的分立式標定方法基礎之上，針對轉臺的位置誤差加以量化，借助轉臺不同位置誤差模型，發現轉臺位置誤差會不可避免的影響最終光纖陀螺慣組標定結果。陀螺的標定結果誤差，與陀螺的零偏誤差基本屬于同等量級，安裝系數誤差與轉臺不正交度、定位精度誤差屬于同一量級。

參考文獻：

[1]李松， 高星偉， 孫偉，等. 光纖陀螺組件快速高精度標定方法[J]. 遼寧工程技術大學學報（自然科學版）， 2018（1）.

[2]胡夢純， 徐挺， 黃云柯，等. 冗余結構光纖陀螺捷聯慣組標定優化方法研究[J]. 上海航天， 2016， 33（s1）：134-139.

[3]童樹兵， 張志利， 周召發，等. 一種基于雙軸位置轉臺的IMU快速標定方法[J]. 壓電與聲光， 2016， 38（5）：815-818.

[4]李政， 張志利， 周召發. 基于雙軸位置轉臺的光纖陀螺慣組標定方法[J]. 壓電與聲光， 2016（4）：607-610.