[发明专利]一种陀螺间接稳定系统安装偏角标定方法

权利要求书

1.一种陀螺间接稳定系统安装偏角标定方法，其特征在于实现步骤如下：

第一步，建立陀螺间接稳定系统中摄像机视轴稳定误差与IMU安装偏角以及摄像机安装偏角之间的模型；

第二步，将摄像机视轴瞄准一个固定的目标，控制载体以一定的规律摇摆，利用图像处理技术估计出载体运动过程中摄像机视轴相对于初始瞄准点的误差，也称为视轴稳定误差；

第三步，利用测量得到的视轴稳定误差作为量测信息，结合第一步所建立的误差模型，利用递推最小二乘算法可以估计出系统的安装偏角；

第四步，将第三步估计得到的安装偏角进行补偿，重复第二步，观察载体运动过程中的视轴稳定误差，验证安装偏角的估计效果。

2.根据权利要求1所述的一种陀螺间接稳定系统安装偏角标定方法，其特征在于：所述的摄像机视轴稳定误差相对于安装偏角的建模步骤如下：

步骤1：定义IMU相对于载体坐标系的安装偏角载体运动角速率可以得到IMU测量角速度与载体运动角速率之间的关系为：

ω‾bm=R‾y(δgy)R‾x(δgx)R‾z(δgz)ω‾b---(1)]]>

上式(1)中分别为绕x、y、z轴的欧拉角旋转矩阵，且有：

R‾y(δgy)=10-δgy010δgy01,]]>R‾x(δgx)=10001δgx0-δgx1,]]>R‾z(δgz)=1δgz0-δgz10001]]>

步骤2：根据陀螺间接稳定技术的原理，摄像机视轴的扰动角速率可以表示为：

ωi=R‾x(ϵ+δpx)(R‾z(η+δpz)ωb+η·‾)+ϵ·‾---(2)]]>

上式中以及分别为间接稳定算法计算得到的框架控制角速率，其中

η·‾=00η·T,]]>ϵ·‾=00ϵ·T---(3)]]>

ϵ·=-cosηωbx-sinηωby]]>(4)

η·=secϵ(-sinϵsinηωbx+sinϵcosηωby-cosϵωbz)]]>

步骤3：由于载体的运动角速度由陀螺测量得到，因此，式(2)中的需要由来替代，将式(1)、式(3)、式(4)代入式(2)，可以得到视轴的稳定误差相对于安装偏角以及的关系式如下：

ω‾i=AωbxωbyωbzT---(5)]]>

其中，

A=(δgz-δpz)sη-(δgz-δpz)cηδgycη-δgxsη(δgz-δpz)cϵcη+δpxsϵsη-δgysϵ(δgz-δpz)cϵsη-δpxsϵcη+δgxsϵδpxcϵ-δgycϵsη-δgxcϵcη(δpz-δgz)sϵcη+δpxcϵsη-δgycϵ(δpz-δgz)sϵsη-δpxcϵcη+δgxcϵ-δpxsϵ+δgysϵsη+δgxsϵcη]]>

s_ε＝sinε，c_ε＝cosε，s_η＝sinη，c_η＝cosη

步骤4：只考虑视轴在俯仰和方位方向的扰动角速度，忽略二阶小量，整理式(5)可得：

ΔωxΔωz=H1,1H1,2H1,3H1,4H2,1H2,2H2,3H2,4X---(6)]]>

其中，

H_1，1＝0，H_1，2＝-sinηω_bz，H_1，3＝cosηω_bz，H_1，4＝cos ηω_by-sinηω_bxH_2，1＝cosεsinηω_bx-cosεcosηω_by-sinεω_bz，H_2，2＝sinεcosηω_bz+cosεω_byH_2，3＝-cosεω_bx+sinεsinηω_bz，H_2，4＝sinεcosηω_bx+sinεsinηω_by

X＝[δ_px δ_gx δ_gy δ_z]^T，由于δ_pz和δ_gz相对于稳定误差的影响效果相同，

故取δ_z＝δ_pz-δ_gz。

Δω_x，Δω_z为摄像机视轴在俯仰和航向两个方向的偏离角速度，即视轴稳定误差，可以通过图像处理的手段得到。

3.根据权利要求1所述的一种陀螺间接稳定系统安装偏角标定方法，其特征在于：所述的载体的运动规律为：

载体分别绕航向轴(Z轴)、俯仰轴(X轴)、横滚轴(Y轴)做三次机动，三次机动的规律均为正弦规律：航向角ψ＝A₁sin(ω₁t)，俯仰角θ＝A₂sin(ω₂t)，横滚角γ＝A₃sin(ω₃t)，且A₁≠A₂≠A₃，ω₁≠ω₂≠ω₃。