專利名稱：一種陀螺間接穩定系統安裝偏角標定方法
技術領域：
本發明涉及一種安裝誤差標定方法，可應用于各種儀器及系統的自標定、自校正， 也可應用于慣性器件及慣性組件的測試及標定，屬于自動控制、慣性測量領域。
背景技術：
具有視軸穩定、跟蹤功能的光電探測系統在導彈末制導系統、無人機偵查系統等領域具有廣泛的應用前景。目前，絕大部分光電探測系統均采用傳統的速率陀螺穩定平臺方案，該方案以其較高的穩定精度和具有較大的帶寬在各個領域得到了廣泛應用，但系統的體積、重量較大，成本較高。隨著小型化、低成本光電探測系統的發展需要，直接采用速率陀螺的穩定技術受到限制，為此提出采用間接穩定方式來解決視軸的穩定問題。直接穩定方式為傳統的陀螺穩定平臺，兩個陀螺直接安裝在二自由度伺服轉臺的內框架上，速率陀螺直接測量瞄準線的干擾角速度，并形成反饋力矩用于抵消平臺的干擾力矩，從而實現光軸的空間穩定，其原理如圖2所示。該穩定方式能直接測量瞄準線的干擾角速度，對干擾力矩具有較好的抑制效果，理論和實踐均已證明，瞄準線直接穩定系統的精度能滿足工程需求。但該方式成本高、體積大、結構復雜，為滿足小型化、低成本導引頭的發展需求，試圖采用間接穩定方式來解決瞄準線的穩定問題。間接穩定方式去掉了導引頭穩定平臺上的兩個陀螺，利用固聯在運載體上的自動駕駛儀或導航系統的慣性測量單元 (IMU)，測量出運載體三個方向上的角速度。計算機通過運載體的角速率信息，并結合光電探測系統框架的運動學模型和動力學模型，估計和重構光電探測系統受到的干擾力矩，并控制電機消除該干擾力矩。其穩定原理如下圖3所示。這種穩定方式的機械結構緊湊小巧，費用相對合理，但由于攝像機失去了直接測定瞄準線角速率的能力，只能提供運載體坐標系內對瞄準線角的測量數值，且具有較大的測量噪聲。此外，由間接穩定的原理可知，IMU 及攝像機相對于運載體坐標系的安裝偏角會造成系統的角速率及角度耦合誤差，載體擾動越大，造成的誤差也越大，因此，需要進行深入分析研究并解決安裝偏角的高精度、快速標定問題。傳統的安裝偏角標定方案往往采用分立標定模式，針對一個安裝偏角需要設計一個標定實驗，即一次實驗只能標定一個偏角，這種方法概念清晰，但操作復雜，同時由于各個安裝誤差之間互相交叉耦合，很難達到較高的標定精度。本發明提出一種基于視軸穩定誤差光學測量的安裝偏角標定方案，通過給運載體一定的輸入角速度，可以通過一次實驗標定出系統的全部安裝偏角，標定步驟簡單，效率較高，且可以達到較高的標定精度。
發明內容
本發明的技術解決問題是目前國內對陀螺間接穩定技術的研究尚不夠深入，從文獻資料看目前尚沒有對陀螺間接穩定系統的安裝偏角標定技術進行研究，本發明研究一種陀螺間接穩定系統安裝偏角的標定方法，該方法能快速、準確地標定出間接穩定系統中 IMU坐標系與載體坐標系的安裝偏角以及攝像機坐標系與載體坐標系的安裝偏角，具有準確、高效、易操作、高通用性等優點。本發明的技術解決方案是一種陀螺間接穩定系統安裝偏角標定方法，其實現步驟如下第一步，建立陀螺間接穩定系統中攝像機視軸穩定誤差與IMU安裝偏角&以及攝像機安裝偏角&之間的模型；(1)定義載體坐標系為0-、yb、，IMU測量坐標系為O-Iy1A1,攝像機視軸坐標系
權利要求
1.一種陀螺間接穩定系統安裝偏角標定方法，其特征在于實現步驟如下第一步，建立陀螺間接穩定系統中攝像機視軸穩定誤差與IMU安裝偏角&以及攝像機安裝偏角&之間的模型；第二步，將攝像機視軸瞄準一個固定的目標，控制載體以一定的規律搖擺，利用圖像處理技術估計出載體運動過程中攝像機視軸相對于初始瞄準點的誤差，也稱為視軸穩定誤差；第三步，利用測量得到的視軸穩定誤差作為量測信息，結合第一步所建立的誤差模型， 利用遞推最小二乘算法可以估計出系統的安裝偏角；第四步，將第三步估計得到的安裝偏角進行補償，重復第二步，觀察載體運動過程中的視軸穩定誤差，驗證安裝偏角的估計效果。
2.根據權利要求1所述的一種陀螺間接穩定系統安裝偏角標定方法，其特征在于所述的攝像機視軸穩定誤差相對于安裝偏角^g、&的建模步驟如下步驟1 定義IMU相對于載體坐標系的安裝偏角
3.根據權利要求1所述的一種陀螺間接穩定系統安裝偏角標定方法，其特征在于所述的載體的運動規律為載體分別繞航向軸(Ζ軸)、俯仰軸(X軸)、橫滾軸(Y軸)做三次機動，三次機動的規律均為正弦規律航向角ψ =A1Sin(COlt),俯仰角θ =A2sin(co2t)，橫滾角Y = A3Sin (ω 3t),且 A1 興 A2 興 A3, ω j ^ ω2 ^ ω 3。
全文摘要
一種陀螺間接穩定系統安裝偏角標定方法是指將IMU與攝像機同時安裝在一個載體上，將攝像機光軸瞄準一個固定目標，控制載體有規律地搖擺，利用間接穩定技術穩定攝像機的光軸，再利用圖像處理技術估計攝像機光軸相對于固定目標的偏移信息，利用此偏移信息作為量測，根據安裝偏角的估計模型，可準確地估計出間接穩定系統中IMU坐標系與載體坐標系的安裝偏角以及攝像機坐標系與載體坐標系的安裝偏角。本發明通過載體有規律的搖擺激勵安裝誤差，將安裝誤差激勵成視軸瞄準誤差，通過對瞄準誤差的測量來反推安裝偏角，通過一次實驗便可以估計出5個安裝偏角，具有準確、高效、易操作、高通用性等特點。通過本方法估計出安裝偏角并進行相應的誤差補償后，系統的視軸穩定精度可大大提高。
文檔編號G01B11/26GK102288133SQ20111010889
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者薛宏斌, 遲家升 申請人:北京星網宇達科技開發有限公司