CN106248104A - 一种寻北仪用全方位快速定向及力矩补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯性寻北定向测量技术领域，具体涉及一种通过寻北仪用陀螺定向补偿算法，提高寻北定向测量精度的寻北仪用全方位快速定向及力矩补偿方法。本发明包括：磁罗盘快速低精度定向；±1°双位置定向；三位置补偿导电游丝干扰力矩。本发明为解决上述寻北仪器的多种应用的需求，在不改变主体仪器及硬件的前提下，提出并设计了双位置快速定向并补偿导游丝干扰力矩的算法，以实现提高定向系统精度，满足快速相应的需求。

Description

一种寻北仪用全方位快速定向及力矩补偿方法

技术领域

本发明属于惯性寻北定向测量技术领域，具体涉及一种通过寻北仪用陀螺定向补偿算法，提高寻北定向测量精度的寻北仪用全方位快速定向及力矩补偿方法。

背景技术

目前随着国防武器系统的发展，对寻北仪的寻北时间、定向精度要求越来越高。同时,随着武器装备环境的复杂化，一般的寻北仪定向方法是通过旋转180°来实现寻北的，但某些特殊的外界环境会限制其旋转的角度，导致寻北误差增大甚至失败,另一方面，较大的旋转角度会增加寻北时间，影响系统的快速性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种引入磁罗盘快速低精度定向、双位置高精度定向算法、三位置补偿导电游丝干扰力矩算法的寻北仪用全方位快速定向及力矩补偿方法

本发明的目的是这样实现的：

(1)磁罗盘快速低精度定向

通过磁罗盘标定陀螺马达轴与北向的夹角，陀螺使用精度达到0.5°，将陀螺安装在系统中在10s内给出陀螺电机轴与北向的夹角；

(2)±1°双位置定向

在磁罗盘粗定位的基础上，对寻北仪进行小范围±1°旋转，获得两个测量位置，位置1和位置2，通过两次测量力矩器定子、转子中的力平衡反馈电流值，计算测得的常值力矩值，进而计算陀螺电机轴与北向的夹角；。

(3)三位置补偿导电游丝干扰力矩

定向系统初始位置为北向，当其旋转α角度，到达位置2，

定向由初始位置旋转-α角度，到达位置3，

式中：M_K为测量的控制力矩；H_G为自转角动量，其单位为Kg·m²/s千；ω_ie为地球自转角速度，其值为72.9211×10^-6rad/s；为当地地理纬度；α为陀螺轴与北向之间夹角；M² _常值力矩，M³ _常值力矩为旋转位置2与位置3的常值力矩；

寻北仪的常值力矩为：

其中：M¹ _常值力矩为旋转位置1的常值力矩；

由于干扰力矩的存在，

M² _常值力矩＝M_常值力矩+ΔM，M³ _常值力矩＝M_常值力矩-ΔM，

干扰力矩为：

ΔM＝M³ _常值力矩-M² _常值力矩，

得到补偿定向角度为：

Δα即是对导游丝干扰力矩的补偿。

本发明的有益效果在于：

本发明为解决上述寻北仪器的多种应用的需求，在不改变主体仪器及硬件的前提下，提出并设计了双位置快速定向并补偿导游丝干扰力矩的算法，以实现提高定向系统精度，满足快速响应的需求。

附图说明

图1为本发明专利的寻北仪旋转示意图。

图2为本发明的具体流程图。

具体实施方法

下面结合附图对本发明做进一步描述：

寻北仪启动后，用磁罗经进行快速粗定位，使寻北仪定位到位置1；然后旋转一个小角度α，使寻北仪到达位置2，分别在位置1和位置2进行数据采集，进行寻北计算，得到寻北仪的寻北力矩；旋转寻北仪到-α，即位置3，通过3个位置力矩分析，可得到由导游丝引起的干扰力矩，于是可计算出补偿该力矩所需要的补偿角度，以提高系统精度。

1、磁罗盘快速低精度定向

在全方位状态下，由于陀螺敏感元件所感受的定向力矩不同，导致测量量程较大，这就带来力反馈回路等多项系统偏差，为尽可能的减少系统方法误差，需尽可能预知陀螺马达轴与北向的夹角，随着地磁传感器精度的提高，性价比较高的磁罗盘在多个领域中得到了应用，经过对磁罗盘的标定，其使用精度达到0.5°，将该传感器安装在系统中可以在10s内给出陀螺电机轴与北向的夹角，本发明中首先利用其作为快速的粗定向传感器，为后续高精度测量创造快速条件。

2、小范围(±1°)双位置定向算法

在磁罗盘粗定位的基础上，对寻北仪进行小范围旋转，获得两个测量位置，位置1和位置2，通过两次测量力矩器定子、转子中的力平衡反馈电流值，计算测得的常值力矩值，进而计算陀螺电机轴与北向的夹角，达到定向目的。该方法利用了双位置定向解算计算定向力矩，从而解算陀螺电机轴与北向的夹角，一般地，定向时间不大于5分钟，该定向时间包含电机启动时间、磁浮时间、力反馈回路平衡时间、采样时间、旋转时间等。

3、三位置补偿导电游丝干扰力矩

寻北仪中应用了陀螺房敏感组件，为完成信号的传输及供电，采用了干扰力矩较少的导游丝装置，由于其干扰力矩具有与转角的相关性，陀螺进动力矩、系统架设位置等影响，导致力反馈回路的平衡点并非导电游丝的中心平衡点位置，这就引起了导电游丝干扰力矩的存在，该误差与导电游丝的材料、安装、焊接等工艺控制过程相关，但其真实存在，但其具有对称性，采用转角方式可抵消其影响。

假设定向系统初始位置为北向，当其旋转α角度，到达位置2，得到如下公式：

定向由初始位置旋转-α角度，到达位置3，得到如下公式：

式中：M_K为测量的控制力矩；H_G为自转角动量，其单位为Kg·m²/s千；ω_ie为地球自转角速度，其值为72.9211×10^-6rad/s；为当地地理纬度；α为陀螺轴与北向之间夹角；M² _常值力矩，M³ _常值力矩为旋转位置2与位置3的常值力矩。

寻北仪的常值力矩为：

其中：M¹ _常值力矩为旋转位置1的常值力矩。

由于干扰力矩的存在，M² _常值力矩＝M_常值力矩+ΔM，M³ _常值力矩＝M_常值力矩-ΔM，由此可知干扰力矩：

ΔM＝M³ _常值力矩-M² _常值力矩

所以，可得到补偿定向角度为：

Δα即是对导游丝干扰力矩的补偿。

Claims (1)

1.一种寻北仪用全方位快速定向及力矩补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)磁罗盘快速低精度定向

通过磁罗盘标定陀螺马达轴与北向的夹角，陀螺使用精度达到0.5°，将陀螺安装在系统中在10s内给出陀螺电机轴与北向的夹角，快速给出粗定位的北向；

(2)±1°双位置定向

在磁罗盘粗定位的基础上，对寻北仪进行小范围±1°旋转，获得两个测量位置，位置1和位置2，通过两次测量力矩器定子、转子中的力平衡反馈电流值，计算测得的常值力矩值，进而计算陀螺电机轴与北向的夹角；

(3)三位置补偿导电游丝干扰力矩

定向系统初始位置为北向，当其旋转α角度，到达位置2，

定向由初始位置旋转-α角度，到达位置3，

式中：M_K为测量的控制力矩；H_G为自转角动量，其单位为Kg·m²/s千；ω_ie为地球自转角速度，其值为72.9211×10^-6rad/s；为当地地理纬度；α为陀螺轴与北向之间夹角；M² _常值力矩，M³ _常值力矩为旋转位置2与位置3的常值力矩；

寻北仪的常值力矩为：

其中：M¹ _常值力矩为旋转位置1的常值力矩；

由于干扰力矩的存在，

M² _常值力矩＝M_常值力矩+ΔM，M³ _常值力矩＝M_常值力矩-ΔM，

干扰力矩为：

ΔM＝M³ _常值力矩-M² _常值力矩，

得到补偿定向角度为：

Δα即是对导游丝干扰力矩的补偿。