转台位置误差对光纤陀螺惯组标定结果的影响

陈荫 李玲 徐孔赞 张东驿

摘 要：本次研究主要借助三轴转台加以标定情况下，探究转台的不水平度、不正交度、定位精度，与转台坐标系不重合度针对光纤陀螺惯组标定结果所造成的最终影响。通过在本次研究中构建四元数法的转台位置误差模型，对位置误差的主要传递路径加以推导，定量分析了不同位置误差下的陀螺标定误差。经研究发现陀螺的标定结果误差，与陀螺的零偏误差基本属于同等量级，安装系数误差与转台不正交度、定位精度误差属于同一量级。

关键词：转台位置误差；光纤陀螺；惯组标定

光纤陀螺捷联惯导系统在运用之前，势必需要经由标定试验，从而对陀螺仪器设备及加速度仪器之间的不同误差系数加以确定，进而在捷联惯导过程中加以补偿。通常基于实验室内完成标定，加速度计以及光纤脱落则主要经由为位置、速率转台完成标定[1]。捷联惯性组合其标定精度，直接对导航的精准度造成影响，随着造成误差的不断累积，会出现愈来愈大的误差。由此本次研究探讨转台位置误差对光纤陀螺惯组标定结果的影响。

1、IMU标定模型

1.1光纤陀螺惯组标定模型

光纤陀螺的惯组标定模型公式表示如下[2]：

1.2陀螺惯组标定原理

要确保陀螺的IMU模型角速度输入精确度，需要以高精度的转台角速率为基础，通过比较陀螺的输出及角速度输入，能够对标定参数加以预估[3]。通常情況下陀螺的零偏差主要以位置标定法为主，以速率法为主运用于陀螺的标度因素及安装误差标定。通过将转台设为零位情况下，其内中外框主要以南、东、天指向，安装在内框IMU在体系X、Y、Z轴，分别指向了北、天、冬，平行于转台的内、外、中框。

2、误差分析

2.1转台位置误差分析及建模

通过转动四元数值及方向余弦矩阵，可以得出四元数值所对应的方向余弦矩阵分别为：

2.2陀螺零偏

经本次得出陀螺的零偏差传递公式，可以发现陀螺的惯组标定结果误差，密切相关于转台位置误差，且转台存在的位置误差会直接导致光纤脱落的惯组标定零偏误差，作为转台误差及地球自转角速度的乘积。

结语

通过在本次研究中探讨转台位置误差，针对光纤陀螺惯组标定所造成的结果影响，采用光纤陀螺捷联惯导系统的分立式标定方法基础之上，针对转台的位置误差加以量化，借助转台不同位置误差模型，发现转台位置误差会不可避免的影响最终光纤陀螺惯组标定结果。陀螺的标定结果误差，与陀螺的零偏误差基本属于同等量级，安装系数误差与转台不正交度、定位精度误差属于同一量级。

参考文献：

[1]李松， 高星伟， 孙伟，等. 光纤陀螺组件快速高精度标定方法[J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版）， 2018（1）.

[2]胡梦纯， 徐挺， 黄云柯，等. 冗余结构光纤陀螺捷联惯组标定优化方法研究[J]. 上海航天， 2016， 33（s1）：134-139.

[3]童树兵， 张志利， 周召发，等. 一种基于双轴位置转台的IMU快速标定方法[J]. 压电与声光， 2016， 38（5）：815-818.

[4]李政， 张志利， 周召发. 基于双轴位置转台的光纤陀螺惯组标定方法[J]. 压电与声光， 2016（4）：607-610.