具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

本发明中的惯性测量系统冗余设计可用于飞行器、舰艇、导弹等需要导航信息的主体上，惯性组件可设在这些装置的舱段3中。

参见图1所示，本申请实施例中提供了一种惯性测量系统，其包括：

采用两套三自惯组作为冗余惯组套件：第一惯组1和第二惯组2，并根据舱段3安装结构并排安装。三自惯组是具有自标定、自诊断、自对准功能的惯性测量组件，在惯性测量领域得到广泛应用。三自惯组通常由转位机构与惯性敏感组件构成，与传统惯组相比，由于具有转位机构，三自惯组的惯性敏感组件可以根据需要停留在不同位置，包括斜置一定角度。当然了冗余惯组套件也可以设置在设备其他部位，一般设置在所述舱段3中。敏感组件包括：一个或多个陀螺或者一个或多个加速度计。

具体地，本发明中的第二惯组2是一个三自惯组，包括：第二转位机构、第二敏感组件。第二转位机构中又包括内框轴和外框轴，第二敏感组件在结构中既可绕内框轴转动也可以在内框的带动下绕外框轴转动。第二敏感组件参见图2所示的方位进行布置，其内设有加速度计和陀螺仪等常见仪器。转位机构的内框轴和外框轴的转位精度均不大于12″。

参见图1和图2所示，本发明中第一惯组1可选用与第二惯组2相同的通用三自惯组。具体地，通用三自惯组一般包括带有锁紧功能的转位机构、敏感组件和外壳。其中转位机构包括：壳体、壳体外框架上的外框轴和壳体内框上的内框轴。其中敏感组件设在内框轴的一端，其既可以绕内框轴转动也可以在内框的带动下绕外框轴转动。

可以理解的是，第一惯组1的第一敏感组件和第二惯组2的第二敏感组件如图2所示的方向布置。

值得说明的是，本发明的惯性测量系统使用前需要预先确定两套三自惯组中的敏感组件中的预设数据，其包括：两惯组加速度计输出当量、加速度计零位和多个加速度计的安装误差矩阵；以及陀螺零位、陀螺输出当量以及敏感组件内多个陀螺安装误差矩阵。

如图3和图4所示，本发明提供一种惯性测量冗余系统的标定方法的具体实施例：

S1.在舱段3中并排设置两套三自惯组：第一惯组1和第二惯组2，对第一惯组1和第二惯组2进行初始化复位，得到第一惯组1的基础坐标系X₁Y₁Z₁和第二惯组2的基础坐标系X₂Y₂Z₂。之后给惯组断电，并将舱段3吊至滚转架车4的顶部。

应当说明的是，滚装架车4顶部设有可以按照图3所示滚转方向进行滚动的部件。其可带动位于滚装架车4上的舱段进行翻转。

S2.翻转所述舱段3，通过测量所述惯性测量系统翻转前后两个位置的输出数据，得到第一输出数据和第二输出数据。

具体地，参见图3所示：在执行翻转舱段3步骤前，一些实施例中需要先给惯组断电，然后将舱段3吊至滚转架车4上。其中滚转架车4可以按照图3所示滚转方向进行滚动。再通过地面测试设备为两套三自惯组供电，进行第一次调平，第一次调平结束后对两套惯组进行进行测量和收集得到第一输出数据，其包括:记录第一惯组1的水平角Ax1、Az1，第二惯组2的水平角Bx1、Bz1。

值得说明的是，第一次调平是以之前记录的对应惯组的基础坐标系位置X₁Y₁Z₁和X₂Y₂Z₂为基准对两个惯组进行调整。调平过程可以是调整滚装架车4的高度或其他方面进行调整，使两个惯组内的敏感组件都回到到初始化的零角度位置。

具体地，通过滚装架车4带动舱段3按第二预设角度翻转，再次进行调平，同样第二次调平是以之前记录的对应惯组的基础坐标系位置X₁Y₁Z₁和X₂Y₂Z₂为基准对两个惯组进行调整，使两个惯组都回复到初始化的零角度位置。第二次调平结束后对两套惯组进行进行测量和收集得到第一输出数据，其包括第一惯组1基础坐标系中的X轴与水平面的夹角Ax1、所述第一惯组1基础坐标系中的Z轴与水平面的夹角Az1、所述第二惯组2基础坐标系中的X轴与水平面的夹角Bx1和所述第二惯组2基础坐标系中的Z轴与水平面的夹角Bz1。第二次调平与第一次调平同理。

优选地，滚装架车4带动舱段3逆时针滚转90°翻转，转动该角度对计算较为方便。

可以理解的是，第一惯组1和所述第二惯组2的调平精度在X轴和Z轴上优于10′；第一惯组1和所述第二惯组2的调平精度在X轴和Y轴上优于10′。该精度下可以保持两套惯组在多次改变位置后，其位置偏差较小。

S3.通过所述第二惯组(2)的第二转位机构将第二敏感组件旋转至第一预设角度并锁紧；根据所述第一输出数据、所述第二输出数据以及所述第二惯组的旋转角度得出所述第一惯组1和所述第二惯组2的相对位置关系；

值得说明的是，可通过现有的第一输出数据和第二输出数据计算双惯组标定结果：

首先，通过

Δy＝Bx1-Ax1

Δz＝Bx2-Ax2

求得：第二惯组2相对于第一惯组1绕X轴的转动量Δx；第二惯组2相对于第一惯组1绕Y轴的转动量Δy；第二惯组2相对于第一惯组1绕Z轴的转动量Δz，三个转动量数据极性符合右手定则为正。

再通过上述三个方向上的转动量Δx，Δy，Δz得到第一惯组1和第二惯组2的在第二惯组2斜置前的相对关系如下：

接下来将第二惯组2的旋转第一预设角度，为了使第二惯组2的第二敏感组件达到预设位置，需要通过第二转位机构中的内框轴和外框轴各自转动一定角度，其中外框轴旋转角度为θ，内框轴旋转角度为

由此通过上述的公式(1)和旋转角度数据得到公式(2)：

式中为第二惯组2在旋转前后的相对关系，通过公式(3)求得第二惯组2斜置后，两套惯组的最终相对关系

通过所述第二惯组2的第二转位机构将第二敏感组件旋转至第一预设角度并锁紧；

再根据所述第一输出数据、所述第二输出数据以及所述第二转位机构的旋转角度得出所述第一惯组1和所述第二惯组2的相对位置关系：

S4.通过所述第一惯组1和所述第二惯组2的相对位置关系、其测量数据和现有数据得到加速度计输出模型和陀螺输出模型。

具体地，如公式(4)和公式(5)所示：

N_A/K_A＝K_0A+K_AxyzAcc1 (4)

其中，Acc1为第一惯组1测量的视加速度矢量Acc1和Acc2为第二惯组2的视加速度矢量，N_A/K_A、N_B/K_B为两惯组加速度计输出脉冲数(N_A和N_B)与当量(K_A和K_B)比值，其中两惯组加速度计输出脉冲数为设备测量值，当量值为预先设定值；K_0A、K_0B为设定好的的加速度计零位。K_Axyz、K_Bxyz为已测得的加表安装误差矩阵；其中Acc1和Acc2均为惯性测量冗余系统的加速度矢量，只是Acc1由第一惯组1测得，Acc2为第二惯组测得。根据两组加速度矢量Acc1和Acc2得到的加速度计输出模型，用以做冗余判断之用。

同样，还可以根据公式(6)、公式(7)：

NG_A/E_A＝D_0A+E_Axyzω1 (6)

得到第一惯组1所测量的角速度矢量ω1和第二惯组2所测量的角速度矢量ω2，NG_A/E_A、NG_B/E_B为惯组陀螺输出脉冲数(NG_A与NG_B)对应惯组的当量(E_A和E_B)比值；D_0A、D_0B为预先已知的陀螺仪零位；E_Axyz、E_Bxyz为预先已知的陀螺仪安装误差矩阵；其中ω1和ω2均为惯性测量冗余系统的角速度矢量，只是ω1由第一惯组1测得，ω2为第二惯组测得。根据两组角速度矢量ω1和ω2求得的陀螺仪输出模型，用以做冗余判断之用。

最后，地面测试设备将上述模型装订给箭上其他控制单机，箭上单机通过广义似然比故障检测等方法对两惯组输出的敏感数据进行故障检测与隔离，并提供导航解算。

综上所述，本发明实施例中的惯性测量系统冗余方法通过设置两个三自惯组，借助三自惯组的转位机构可以实现敏感组件的任意角度的斜置。因此测量系统不需要受制于空间有限而进行定制化设计。所以本发明有利于提高批量制造，降低成本。同时，本发明通过相对简单的两位置系统标定方法确定两套惯组之间的关系，因此不需要依赖精密的标定设备和繁琐的拆卸-标定-再安装的复杂步骤。另一方面，通过确定位置关系的两套惯组输出的冗余信息可以为高空飞行装置的敏感器件故障分离与检测提供一个可靠的信息测量及收集平台。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。