一种寻北仪二位置测量法中转位误差影响分析方法.pdf
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1、:./.收稿日期:修回日期:一种寻北仪二位置测量法中转位误差影响分析方法郭 锐(中国船舶集团有限公司第八研究院南京)摘 要:针对寻北仪二位置测量法中转位误差角影响其最终输出的问题在参考常规坐标变换分析法的基础上提出利用空间解析几何法推导陀螺在两个位置上的测量值之差与转位误差之间的关系较传统方法更为直观为后续的误差补偿提供理论基础并为寻北仪精度分析提供一种新的思路关键词:二位置测量法转位误差陀螺测量值空间解析几何中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.:引 言常用的陀螺寻北仪根据惯性原理研制不易受使用环境的干扰具有连续工作时间长、精度高等特点能够为载具提供准确的航向信息 为了消除陀螺常值
2、漂移工程上常采用旋转定点采样寻北方案将寻北仪旋转至不同方位停下根据陀螺在这些方位的静态输出数据进行寻北解算以此来达到消除陀螺常值漂移的目的二位置测量方法正是其中最常用的一种 但实际存在的寻北仪陀螺转位误差、载体姿态角误差以及寻北仪安装误差等都会引起陀螺测量采样值出现偏差影响寻北仪最终输出 为此本文在文献的基础上采用更为直观的空间解析几何法分析转位误差对寻北仪输出的影响以代替传统较为繁琐的坐标变换误差分析方法 寻北仪工作原理寻北仪利用其内部高灵敏度、高精度的陀螺测量地球自转角速度分量解算出北向与被测方向的夹角假设北半球上一载体所在地点 纬度为 该点地球自转角速度矢量 方向如图 所示 沿水平面的分
3、量为 指向北垂直向上的分量为 可以得到 ()第 卷 第 期 年 月雷达与对抗 .图 陀螺寻北仪工作原理图假设寻北仪所在载体完全水平其与正北的夹角为 则 在寻北仪陀螺敏感轴上的分量为 ()式中 为陀螺零偏 为陀螺标度因数在 、确定和零值漂移 已知的情况下即可求出方位角 (即载体绝对水平、无安装误差的理想情况下寻北仪的输出值):()()寻北仪二位置测量法为了消除 根据二位置测量法原理将寻北仪在式()基础上方位角转过再采样此时的静态输出 此时陀螺测量值为 ()()观察式()和()不难发现只要将两式相减即可抵消 得到寻北仪输出方位角即 ()()此时 、均为定值因此寻北仪输出将由这两个位置的陀螺测量值之
4、差 决定但实际工程中存在的寻北仪陀螺转位误差、载体姿态角误差以及寻北仪安装误差都会引起陀螺测量值出现偏差对 造成影响 基于空间解析几何法的转位误差影响分析.载体空间坐标系的建立空间解析几何法在具体的坐标系中才能使用因此在分析转位误差前先建立载体空间坐标系 假设载体质心为 首先定义地理空间坐标系 如图 所示:轴沿当地子午线指北为正 轴沿当地纬线指西为正 轴垂直于当地水平面向上为正 显然平面 、两两之间相互垂直 个面将空间分为 个卦限图 载体空间坐标系先不考虑安装误差假定陀螺中心与载体质心、陀螺测量轴与载体首尾线均完全重合单位向量 位于陀螺测量轴上沿载体首尾线向前另一单位向量 垂直于 向左 载体姿
5、态误差角定义如下:纵摇误差角 为 与水平面的夹角即 与(在水平面的投影)的夹角其测量平面为铅垂面载体前部抬起为正横摇误差角 为 与(过 的载体剖面与水平面的交线)的夹角载体左侧抬起为正 得到正北线 与 的夹角即为方位角 顺时针为正由以上定义可知 位于水平面、位于铅垂面 为水平面与铅垂面的交线因此可以得到以下垂直关系:、即平面、两两之间互相垂直这 个平面即可组成载体空间坐标系 载体空间坐标系 可以理解为由地理空间坐标系 绕 轴顺时针转过方位角 形成的.转位误差分析假设载体所在点地球自转角速度水平分量、垂直分量分别为向量 、则可以得到在载体空间坐标系 中 点坐标为()点坐标为()此时寻北仪处于位置
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