陀螺仪漂移的测试原理及方法资料
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陀螺仪漂移的测试原理 及方法
武晓燕
内容提要
测试原则 标定测试 分立标定法 系统标定法
测试原则
测试前要解决的问题 采用何种测试设备 测试环境的控制与保证 测试程序、方法、采样长度与采样间隔的选取 数据处理方法及奇异点的剔除 最大限度地降低测试成本
测试原则
保证惯性测试精度，考虑以下测量误差： 测试设备误差 输入条件误差 信息读取误差 模型误差
用于陀螺仪标度因数及安装系数的标定
分立标定法
根据激光陀螺仪的输入输出关系，建立误差模型 转台以一定角速度绕转台外向正向转动，输出激光
陀螺仪的脉冲累积 转台以一定角速度绕转台外向反向转动，再输出激
光陀螺仪的脉冲累积 对上面得到的式子进行处理，即可得到标定参数
系统级标定法
起源于20世纪80年代 利用低精度转台就可以达到较高的标定精度 系统级标定的关键是建立一个较为完善的导航输出
测量值在导航坐标系（东北天坐标系）的表示应该 与重力加速大大小相等、方向相反，通过建立该比 力表示的误差与惯性导航系统标定参数误差之间的 关系来拟合各参数误差，进而实现标定。
系统级标定法
系统级标定拟合方法一般采用”静止-转动-静止”的运 动激励方式，惯性导航系统利用转动前的静止时间 对准。对准结束转入导航状态后系统开始转动，转 动停止时，记录导航结果。利用导航计算结果将转 动前后的比力测量转换到导航坐标系，作为比力观 测量。
系统级标定法
系统级标定滤波法 1.建立导航误差方程 2.设计 Kalman 滤波器状态 3。把陀螺和加速度计的测量噪声做为滤波器的输入 4.估计误差系数
其他标定法
现场标定 是在惯性导航系统处于载体原位安装状态时进行的 不需要复杂的实验室标定设备 环境更接近于惯性导航系统的工作环境，针对性强 依靠重力场、地球自转角速度及载体上其他辅助导
误差与惯性期间误差系数之间的关系，并充分考虑 惯性器件误差系数的可辨识性，合理设计实验编排， 有效激励误差相关项，进而辨识出惯性期间的各项 误差系数。
系统级标定法
系统标定法
拟合方法 滤波方法
拟合方法：建立关系，观测误差，拟合参数 滤波方法：设计Kalman滤波器来估计各误差参数
系统级标定法
系统级标定拟合法 基本原理：在静基座条件下，惯性导航系统的比力
航设备
分立标定法
基本思想：在不同的激励信号作用下，各误 差源对观测量的影响不同，通过激励信号的 变化以改变各个误差参数的可观测性，使惯 性系统的误差参数得到分离。
一般包括静态多位置标定试验和角速率标定
分立标定法
静态多位置标定
原理：利用转台提供的方位基准和水平基准，将地 球自转角速度和重力加速度作为输入惯性系统的标 称量，与系统中陀螺仪和加速度计进行比较，根据 陀螺仪和加速度计的误差模型年，建立惯性系统的 误差模型，然后将精密转台按标定路径转动到多个 不同位置，当位置数与误差模型中的位置数即误差 系数的个数相等时，即可通过联立的方程组求解出 各项误差系数。
标定测试
标定测试：对器件的性能参数诸如标度因数、零偏、 噪声与带宽、失准角、惯性导航系统单位时间的定 位误差、温度敏感性和模型非线性等都需要在生产 场所进行的测试，对要在导航任务中使用的模型参 数进行标定。
标定方法分类
器件标定
标定方法
或
系统标定
根据观测量的不同，可分为
分立标定法
系统级标定法
Leabharlann Baidu
静态标定 动态标定
确定四个位置与初始位置之间的坐标变换矩阵 令转台转动，输出四个位置上陀螺仪的脉冲累积 将以上四式相加，干扰量对消，即可得到零偏
分立标定法
角速度标定
利用转台给惯性系统输入一系列标称的角速度，并 于惯性系统的输出进行比较，根据惯性系统的误差 模型，即可确定出系统的标度因数和安装误差两类 误差系数。
一般有四\八\十二\二十四位置法等
分立标定法
零偏标定的实现
采用静态多位置法来实现惯性器件零偏的标定，该 方法利用转台提供精确的位置基准，使加速度计或 陀螺仪敏感不同的重力加速度或角速度分量，然后 利用每个位置上的静止采样结果计算惯性器件的参 数。
分立标定法
静态多位置标定
以陀螺仪的标定为例
武晓燕
内容提要
测试原则 标定测试 分立标定法 系统标定法
测试原则
测试前要解决的问题 采用何种测试设备 测试环境的控制与保证 测试程序、方法、采样长度与采样间隔的选取 数据处理方法及奇异点的剔除 最大限度地降低测试成本
测试原则
保证惯性测试精度，考虑以下测量误差： 测试设备误差 输入条件误差 信息读取误差 模型误差
用于陀螺仪标度因数及安装系数的标定
分立标定法
根据激光陀螺仪的输入输出关系，建立误差模型 转台以一定角速度绕转台外向正向转动，输出激光
陀螺仪的脉冲累积 转台以一定角速度绕转台外向反向转动，再输出激
光陀螺仪的脉冲累积 对上面得到的式子进行处理，即可得到标定参数
系统级标定法
起源于20世纪80年代 利用低精度转台就可以达到较高的标定精度 系统级标定的关键是建立一个较为完善的导航输出
测量值在导航坐标系（东北天坐标系）的表示应该 与重力加速大大小相等、方向相反，通过建立该比 力表示的误差与惯性导航系统标定参数误差之间的 关系来拟合各参数误差，进而实现标定。
系统级标定法
系统级标定拟合方法一般采用”静止-转动-静止”的运 动激励方式，惯性导航系统利用转动前的静止时间 对准。对准结束转入导航状态后系统开始转动，转 动停止时，记录导航结果。利用导航计算结果将转 动前后的比力测量转换到导航坐标系，作为比力观 测量。
系统级标定法
系统级标定滤波法 1.建立导航误差方程 2.设计 Kalman 滤波器状态 3。把陀螺和加速度计的测量噪声做为滤波器的输入 4.估计误差系数
其他标定法
现场标定 是在惯性导航系统处于载体原位安装状态时进行的 不需要复杂的实验室标定设备 环境更接近于惯性导航系统的工作环境，针对性强 依靠重力场、地球自转角速度及载体上其他辅助导
误差与惯性期间误差系数之间的关系，并充分考虑 惯性器件误差系数的可辨识性，合理设计实验编排， 有效激励误差相关项，进而辨识出惯性期间的各项 误差系数。
系统级标定法
系统标定法
拟合方法 滤波方法
拟合方法：建立关系，观测误差，拟合参数 滤波方法：设计Kalman滤波器来估计各误差参数
系统级标定法
系统级标定拟合法 基本原理：在静基座条件下，惯性导航系统的比力
航设备
分立标定法
基本思想：在不同的激励信号作用下，各误 差源对观测量的影响不同，通过激励信号的 变化以改变各个误差参数的可观测性，使惯 性系统的误差参数得到分离。
一般包括静态多位置标定试验和角速率标定
分立标定法
静态多位置标定
原理：利用转台提供的方位基准和水平基准，将地 球自转角速度和重力加速度作为输入惯性系统的标 称量，与系统中陀螺仪和加速度计进行比较，根据 陀螺仪和加速度计的误差模型年，建立惯性系统的 误差模型，然后将精密转台按标定路径转动到多个 不同位置，当位置数与误差模型中的位置数即误差 系数的个数相等时，即可通过联立的方程组求解出 各项误差系数。
标定测试
标定测试：对器件的性能参数诸如标度因数、零偏、 噪声与带宽、失准角、惯性导航系统单位时间的定 位误差、温度敏感性和模型非线性等都需要在生产 场所进行的测试，对要在导航任务中使用的模型参 数进行标定。
标定方法分类
器件标定
标定方法
或
系统标定
根据观测量的不同，可分为
分立标定法
系统级标定法
Leabharlann Baidu
静态标定 动态标定
确定四个位置与初始位置之间的坐标变换矩阵 令转台转动，输出四个位置上陀螺仪的脉冲累积 将以上四式相加，干扰量对消，即可得到零偏
分立标定法
角速度标定
利用转台给惯性系统输入一系列标称的角速度，并 于惯性系统的输出进行比较，根据惯性系统的误差 模型，即可确定出系统的标度因数和安装误差两类 误差系数。
一般有四\八\十二\二十四位置法等
分立标定法
零偏标定的实现
采用静态多位置法来实现惯性器件零偏的标定，该 方法利用转台提供精确的位置基准，使加速度计或 陀螺仪敏感不同的重力加速度或角速度分量，然后 利用每个位置上的静止采样结果计算惯性器件的参 数。
分立标定法
静态多位置标定
以陀螺仪的标定为例