[发明专利]一种陀螺间接稳定系统安装偏角标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种安装误差标定方法，可应用于各种仪器及系统的自标定、自校正，也可应用于惯性器件及惯性组件的测试及标定，属于自动控制、惯性测量领域。

技术背景

具有视轴稳定、跟踪功能的光电探测系统在导弹末制导系统、无人机侦查系统等领域具有广泛的应用前景。目前，绝大部分光电探测系统均采用传统的速率陀螺稳定平台方案，该方案以其较高的稳定精度和具有较大的带宽在各个领域得到了广泛应用，但系统的体积、重量较大，成本较高。随着小型化、低成本光电探测系统的发展需要，直接采用速率陀螺的稳定技术受到限制，为此提出采用间接稳定方式来解决视轴的稳定问题。

直接稳定方式为传统的陀螺稳定平台，两个陀螺直接安装在二自由度伺服转台的内框架上，速率陀螺直接测量瞄准线的干扰角速度，并形成反馈力矩用于抵消平台的干扰力矩，从而实现光轴的空间稳定，其原理如图2所示。该稳定方式能直接测量瞄准线的干扰角速度，对干扰力矩具有较好的抑制效果，理论和实践均已证明，瞄准线直接稳定系统的精度能满足工程需求。但该方式成本高、体积大、结构复杂，为满足小型化、低成本导引头的发展需求，试图采用间接稳定方式来解决瞄准线的稳定问题。间接稳定方式去掉了导引头稳定平台上的两个陀螺，利用固联在运载体上的自动驾驶仪或导航系统的惯性测量单元(IMU)，测量出运载体三个方向上的角速度。计算机通过运载体的角速率信息，并结合光电探测系统框架的运动学模型和动力学模型，估计和重构光电探测系统受到的干扰力矩，并控制电机消除该干扰力矩。其稳定原理如下图3所示。这种稳定方式的机械结构紧凑小巧，费用相对合理，但由于摄像机失去了直接测定瞄准线角速率的能力，只能提供运载体坐标系内对瞄准线角的测量数值，且具有较大的测量噪声。此外，由间接稳定的原理可知，IMU及摄像机相对于运载体坐标系的安装偏角会造成系统的角速率及角度耦合误差，载体扰动越大，造成的误差也越大，因此，需要进行深入分析研究并解决安装偏角的高精度、快速标定问题。

传统的安装偏角标定方案往往采用分立标定模式，针对一个安装偏角需要设计一个标定实验，即一次实验只能标定一个偏角，这种方法概念清晰，但操作复杂，同时由于各个安装误差之间互相交叉耦合，很难达到较高的标定精度。本发明提出一种基于视轴稳定误差光学测量的安装偏角标定方案，通过给运载体一定的输入角速度，可以通过一次实验标定出系统的全部安装偏角，标定步骤简单，效率较高，且可以达到较高的标定精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：目前国内对陀螺间接稳定技术的研究尚不够深入，从文献资料看目前尚没有对陀螺间接稳定系统的安装偏角标定技术进行研究，本发明研究一种陀螺间接稳定系统安装偏角的标定方法，该方法能快速、准确地标定出间接稳定系统中IMU坐标系与载体坐标系的安装偏角以及摄像机坐标系与载体坐标系的安装偏角，具有准确、高效、易操作、高通用性等优点。

本发明的技术解决方案是：一种陀螺间接稳定系统安装偏角标定方法，其实现步骤如下：

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；

(1)定义载体坐标系为o-x_by_bz_b，IMU测量坐标系为o-x_my_mz_m，摄像机视轴坐标系o-x_py_pz_p，定义IMU测量坐标系相对于载体坐标系的安装偏角定义摄像机视轴坐标系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：