[发明专利]一种惯性测量单元中陀螺仪的偏转调制零偏补偿方法

说明书

本发明涉及一种惯性测量单元中陀螺仪的偏转调制零偏补偿方法。利用惯性测量单元初始偏转角与调制轴向的关系，根据需要调制的轴向确定偏转轴和初始偏转角，惯性测量单元绕偏转轴以初始偏转角为中心按偏转转位进行小角度偏转，可将调制轴向上的陀螺仪零偏调制成周期变化的信号，该信号在一个偏转周期内的均值为零，使惯性导航误差传播方程中由该轴向陀螺仪零偏引起的误差项经过积分后为零或接近于零，实现调制轴向上的误差补偿。该发明在调制过程中只进行小角度的转动，即可实现某一轴向上的零偏补偿，较之传统的旋转调制可降低系统的体积、重量、成本和技术难度，提高其可靠性。本发明属于惯性导航技术领域，可应用于惯性测量单元的误差补偿。

技术领域

本发明涉及一种惯性测量单元中陀螺仪的偏转调制零偏补偿方法，适用于惯性测量单元误差补偿的场合。

技术背景

惯性测量单元中陀螺仪的偏差一般可分为常值偏差和随机偏差两部分。其中常值偏差也称零偏，可以事先给予补偿。但实际上零偏也是变化的，除了有逐次启动误差外，还有逐日的变化，即在一次启动后随着陀螺仪运转时间的增长，零偏也缓慢地变化到导航系统精度无法允许的程度。旋转调制技术作为一种惯性器件常值偏差的自动补偿方法，能够自动地对陀螺仪零偏进行调制，抵消常值偏差对系统精度的影响。采用这种自动补偿法可以提高捷联惯导系统长时间工作的精度，充分发挥惯性导航“自主性”的优点。

然而，旋转调制技术需要使用旋转机构对惯性测量单元进行旋转操作，无疑增加了惯导系统的体积、重量、成本和技术复杂度，降低了系统可靠性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对惯性测量单元中陀螺仪存在的零偏问题，以及传统旋转调制技术存在的转动机构体积重量较大、成本及技术复杂度较高等问题，提出一种惯性测量单元中陀螺仪的偏转调制零偏补偿方法。本发明方法通过选定偏转轴和合理的初始偏转角进行偏转运动，可对某一轴向的陀螺仪零偏进行有效补偿。该发明使用的偏转转动机构较之传统的旋转转动机构可降低系统的体积、重量、成本和技术复杂度，提高系统可靠性，为惯性测量单元中陀螺仪零偏的补偿提供了一种新的方案。

本发明的技术解决方案：

通过选定偏转轴和合理的初始偏转角进行偏转运动，实现对惯性测量单元中某一轴向的陀螺仪零偏进行补偿。具体包括以下步骤：

(1)根据需要调制的轴向确定偏转轴和初始偏转角，对载体系的x轴进行调制时，若选择y轴作为偏转轴，则初始偏转角如下：

其中，θ₀为初始偏转角，ε_x为惯性测量单元x轴陀螺仪零偏，ε_z为惯性测量单元z轴陀螺仪零偏，arctan为反正切函数；

对载体系的x轴进行调制时，若选择z轴作为偏转轴，则初始偏转角如下：

其中，ε_y为惯性测量单元y轴陀螺仪零偏；

对载体系的y轴进行调制时，若选择x轴作为偏转轴，则初始偏转角如下：

对载体系的y轴进行调制时，若选择z轴作为偏转轴，则初始偏转角如下：

对载体系的z轴进行调制时，若选择x轴作为偏转轴，则初始偏转角如下：

对载体系的z轴进行调制时，若选择y轴作为偏转轴，则初始偏转角如下：

(2)根据获得的偏转轴和初始偏转角，使用偏转机构将惯性测量单元安装至载体中，使惯性测量单元偏转轴与相应的载体轴重合，惯性测量单元另外两轴与相应的载体轴相差角度为初始偏转角；