一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法与流程

本发明涉及陀螺，尤其涉及一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法。

背景技术：

1、旋转光纤惯性导航系统在进行导航工作之前需要进行初始对准，主要是求取或消除惯性平台的方位误差角。求取方位误差角的基本思想是测量地球自转角速度在陀螺敏感轴上的分量。由于陀螺自身误差(陀螺漂移)和方位误差角之间存在耦合关系，只有消除陀螺漂移后方位误差角才可被分离出来。由于安装于惯性平台台体上的光纤陀螺仪对于它所处空间温度场十分敏感，温度的变化易造成标度因子和零偏的变化（仇海涛，徐梦桐，刘伟，马海滨．基于 aco-bp 神经网络的光纤陀螺温度补偿方法研究[j/ol]，电光与控制，2022.），惯导系统通常采用多级温度控制的方法，需要较长的时间达到热平衡。在温度稳定到达热平衡的过程中，陀螺漂移是不稳定的，即漂移不是常值，并且这种不稳定很难精确测量和补偿在旋转平台式惯导系统中，采用周期性地旋转物理平台的方法正负抵消常值型陀螺漂移的影响。并且由于温度不平衡导致漂移不稳定，这种情况下采用固定周期进行平台旋转的方法，不能完全正负抵消漂移的影响，因此很难取得理想的惯导对准效果。

2、为了避免上述由于温度不平衡引起的对准效果差的问题，一种方法是快速加温,但会产生设备功耗大的问题，另一种方法是热平衡后再进行初始对准又会带来对准时间长的问题。现有的旋转惯导对准方法，如专利（王玮, 路尧, 郭振威,等.基于三轴混合式光纤惯性导航系统的绕多轴交替旋转方法，cn 115164939a；唐江河, 刘峰, 胡平华等，一种双轴光纤惯导系统快速自标定自对准方法，cn 106705992a）及论文（乐晋，一种适用于双轴旋转式激光陀螺惯导对准的方法研究[j]，光学与光学技术，2011，09（04），吴修振, 周绍磊,李瑞涛，不同转位方案下双轴旋转惯导系统精对准分析[j]. 现代防御技术, 2013, 41(3):5）等对旋转惯导对准次序进行了研究，但都基于恒温条件，或未考虑温度变化对标定过程的影响，其对准过程中可能会产生更大的角速度误差，对准效果不理想。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法，将三轴旋转陀螺惯导不同旋转轴系封闭空间中的温度变化和相邻封闭空间热量传导过程，借用非均匀有理b样条曲线实现温度和温度变化率的预测，避免系统在连续升降温过程中使用测温存在的滞后效应，避免了温度平衡等待时间，并且在对准过程中，各旋转轴根据温度变化率预测，自适应调整对准过程中的旋转角速度，保证温度条件相对稳定和减少对准时间的前提下，提高了旋转光纤陀螺惯导的对准精度。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现：

3、一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法，其包括如下步骤：

4、s1：获取陀螺惯导多个封闭空间各采样时刻、、...、的温度分别为、、…、，其中为采样时刻的序号，为封闭空间的层号；

5、s2：根据步骤s1各采样时刻的温度基于非均匀有理b样条曲线及各层封闭空间的实际温度变化率进行温度拟合，得到非均匀有理b样条曲线方程；

6、s3：计算出非均匀有理b样条曲线方程的所有控制点,从而得到各层封闭空间温度拟合的非均匀有理b样条曲线：

7、s4：基于各层封闭空间温度拟合的非均匀有理b样条曲线获得各层封闭空间不考虑其他封闭空间影响时的温度变化率预测值，并将代入被外层封闭空间包裹的内层封闭空间的温度变化率与外层封闭空间的温度变化率关系式（1）中，对各层封闭空间的温度变化率进行拟合，求解出各层外层封闭空间对内层封闭空间温度变化率的贡献系数；

8、（1）

9、其中：为第个采样时刻内层封闭空间的实际温度变化率；

10、s5：重复步骤s1-步骤s3,更新各层封闭空间温度拟合的非均匀有理b样条曲线，并基于更新的各层封闭空间温度拟合的非均匀有理b样条曲线获得各层封闭空间不考虑其他封闭空间影响时的预测值，并与步骤s4求解出的一起代入式（2），得到陀螺惯导所在封闭空间考虑其他封闭空间影响时的预测值；

11、（2）

12、其中：为更新的第个采样时刻内层封闭空间的实际温度变化率；

13、s6：将代入角速度调节经验公式（3）求解出陀螺惯导旋转角速度，使陀螺惯导以求解出的陀螺惯导旋转角速度值旋转进行自适应对准；

14、（3）

15、其中：为对准过程中每个调制次序对应的角度，为恒温下调制角速度，为温度差时标度因子的变化量。

16、进一步，步骤s2中非均匀有理b样条曲线的表达式为式（4），各层封闭空间的实际温度变化率方程式为式（5），拟合后得到的非均匀有理b样条曲线方程为式（6）；

17、（4）

18、（5）

19、（6）

20、其中：为相关符号的最高次幂，为采样时间，为时刻层封闭空间的温度，为曲线方程控制点,为曲线方程控制点对应的权重，为曲线方程基函数，为层封闭空间第个采样时刻对应的实际温度变化率，为时刻层封闭空间温度的导数，为曲线方程基函数的导数，为对应的曲线方程基函数，为的导数，为对应的曲线方程基函数，为的导数，为对应的曲线控制点，为对应的曲线控制点，为控制点的权重，为控制点的权重。

21、进一步，计算非均匀有理b样条曲线方程的所有控制点时，将式（6）变换为矩阵形式，得到方程式（7），再对方程式（7）求解计算出非均匀有理b样条曲线方程的所有控制点：

22、（7）。

23、优化的，封闭空间的层数为四层，陀螺惯导安装于最内层封闭空间内。

24、发明的有益效果

25、本发明提供的一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法，将陀螺惯导不同旋转轴系封闭空间中的温度变化和相邻封闭空间热量传导过程，借用非均匀有理b样条曲线实现温度和温度变化率的预测，避免了系统在连续升降温过程中使用测温存在的滞后效应及温度平衡等待时间，且在对准过程中，各旋转轴根据温度变化率预测，自适应调整对准过程中的旋转角速度，既能防止引起电机的超调、冲击以及角速度不稳定等不良影响，又能防止对准过程中引起更大的角速度误差，提高了陀螺惯导的对准精度。

技术特征：

1.一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法，其特征在于：步骤s2中非均匀有理b样条曲线的表达式为式（4），各层封闭空间的实际温度变化率方程式为式（5），拟合后得到的非均匀有理b样条曲线方程为式（6）；

3.根据权利要求2所述的一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法，其特征在于：计算非均匀有理b样条曲线方程的所有控制点时，将式（6）变换为矩阵形式，得到方程式（7），再对方程式（7）求解计算出非均匀有理b样条曲线方程的所有控制点；

4.根据权利要求1所述的一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法，其特征在于：封闭空间的层数为四层，陀螺惯导安装于最内层封闭空间内。

技术总结
本发明涉及陀螺技术领域，尤其涉及一种基于多级温度预测的陀螺惯导自适应对准方法，包括如下流程：获取陀螺惯导多个封闭空间各采样时刻的温度，进行温度拟合，得到非均匀有理B样条曲线拟合方程并求解，得到非均匀有理B样条曲线，求解出贡献系数，再根据贡献系数得到陀螺惯导所在封闭空间考虑其他封闭空间影响时的预测值，将代入角速度调节经验公式求解出陀螺惯导旋转角速度，使陀螺惯导以求解出的陀螺惯导旋转角速度值旋转进行自适应对准。本发明提供的方法能防止引起电机的超调、冲击以及角速度不稳定等不良影响，且防止对准过程中引起更大的角速度误差，同时减少了对准时间。

技术研发人员：李德春,张永宾,马林,刘伯晗,胡小毛
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12