【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及角度测量系统的角位置误差补偿领域，具体涉及一种基于光学陀螺测角仪的转台角位置定位误差补偿方法。
技术介绍
1、角度计量是几何量计量领域中非常重要的领域，在航天航空，机械制造，导航定位等方面体现了越来越重要的作用。圆光栅是角度测量系统的核心器件之一，其工作原理是莫尔条纹技术，利用指示光栅和标尺光栅之间的相对运动，将莫尔条纹的变化量转变为角度的变化量。但由于制造工艺的限制，光栅盘刻线不能无限制的增加且光栅盘刻线之间的间隔不均匀，再加上光栅盘安装时与台面之间会产生一定的夹角和不同轴，这样会导致圆光栅测量的角度的发生角会产生偏差，从而产生角位置定位误差，因此需要对该角位置定位误差进行测量与补偿以消除偏差。
2、传统的角度校准方法有激光干涉仪测角法(需安装干涉镜、反射镜)和光电自准直仪测角法(需多面棱体搭配使用)。但是随着科学技术的发展，角位置定位误差补偿精度要求越来越高，多轴转台的应用越来越广泛，角度校准的现场应用工况也越来越复杂，而传统的角度校准方法已不能满足上述的角度校准需求。例如：(1)当转台角位置定位误差小于0.3″时，采用光电自准直仪和多面棱体组合测角，受到多面棱体面数的限制，很难实现整圆周范围内角定位误差补偿后达到0.3″；(2)六自由度台进行角度校准时，由于没有明确的回转轴，很难将棱体与六自由度台进行同轴安装，无法实现角位置定位误差补偿；(3)两轴或三轴转台(旋转框架会随着转台的台面一起旋转)，使用自准直仪对其进行角度测量时会造成光路遮挡，很难测出遮挡位置的角位置定位误差；(4)在现场实际中经常会
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种操作简单、补偿精度高、适用于复杂工况的角度测量方法，即一种基于光学陀螺测角仪的转台角位置定位误差补偿方法。本专利技术不受限于多面棱体的面数和同轴安装要求，利用光学陀螺测角仪能够整圆周测量的特性，实现全圆范围内任意角度的测量与补偿。
2、本专利技术以气浮转台和光学陀螺测角仪进行说明。
3、本专利技术的技术方案是：
4、s1：将光学陀螺测角仪固定于气浮转台工作面的中心位置上，对光学陀螺测角仪进行上电、预热20分钟，通过上位机标定光学陀螺测角仪的刻度系数k。
5、其中，刻度系数k的标定步骤如下：为了消除地球自转的影响，本专利技术采用正反转的方法。上位机设置气浮转台的转速为30°/s，气浮转台正转(顺时针旋转)一圈后，静置10s，上位机记录此时光学陀螺测角仪输出的脉冲数n+；气浮转台反转(逆时针旋转)一圈后，静置10s，上位机记录此时光学陀螺测角仪输出的脉冲数n-；光学陀螺测角仪感应到的由于地球自转所产生的脉冲数n地，标定公式如下：
6、
7、s2：上位机设置气浮转台的转速为v°/s，步长为j°。上位机采用多位置标定方法对光学陀螺测角仪在气浮转台不同的角位置处进行偏置标定，其步骤如下所示：
8、光学陀螺测角仪在气浮转台的起点位置(起点位置为气浮转台的任意角位置处)进行一次偏置标定，上位机记录下此时光学陀螺测角仪的偏置值，记为b0。当气浮转台每旋转j°后，静置15s，通过上位机记录下光学陀螺测角仪在气浮转台每次旋转后所显示的偏置值bi。
9、使用最小二乘法对上述获取的偏置值(b0，b1，b2，…，bi，i表示气浮转台的旋转次数，i＝0,1,2，……,360°/j°,......,360°)进行三角函数拟合，拟合公式如下：
10、
11、式中，bi为气浮转台旋转第i次后光学陀螺测角仪的偏置值，a为拟合三角函数的幅值，b为拟合三角函数的相位，c为拟合三角函数的偏差。
12、采用最小二乘法对上述公式进行拟合，计算得到幅值a，相位b和偏差c。
13、s3：为了减小上位机采用单一偏置值计算角位置定位误差时引入的测角误差，本专利技术采用多位置拟合后的偏置值bi进行气浮转台的角度测量值计算，其公式如下所示：
14、
15、式中，θi表示气浮转台第i次旋转的角度测量值；nmi表示气浮转台在第i次旋转的第m秒内光学陀螺测角仪产生的脉冲数；t表示气浮转台旋转θi所经过的总时间；k表示标定的刻度系数。
16、s4：将步骤s2和s3重复三次后，上位机对气浮转台的角度测量值取平均值，以获取m(m＝360°/j°)点离散的气浮转台的角位置定位误差值。上位机基于傅里叶变换理论的谐波分析法建立气浮转台的角位置定位误差谐波函数，将气浮转台的角位置定位误差值通过傅里叶级数来表示，同时上位机计算角位置定位误差谐波函数的各阶次谐波的幅值、频率和相位值。
17、其中，气浮转台的角位置定位误差谐波函数的建立过程如下：
18、依据光学陀螺测角仪获取的气浮转台的角位置定位误差值的个数m，得到的一组气浮转台的角位置定位误差值为e(θ)＝[e(θ1),e(θ2),...,e(θi)]t。基于此，建立如下方程组：
19、
20、式中，θi表示气浮转台第i次旋转的角度测量值；k表示角位置定位误差谐波函数的阶次，当m为偶数时，k＝0,1,......m/2，当m为奇数时，k＝0,1,......(m/2)-1；ak、bk表示第k阶角位置定位误差谐波函数的系数；e表示气浮转台的角位置定位误差值的幅值。
21、设
22、
23、则公式(4)用矩阵形式表示为：
24、e≈a·x (5)
25、求解公式(5)的矩阵方程就能求出各阶次谐波的幅值、频率和相位值。
26、s5：依据步骤s4中上位机计算出的气浮转台的角位置定位误差谐波函数的各阶次谐波的幅值、频率和相位值，观察各阶次谐波的幅值大小，上位机选出对气浮转台的角位置定位误差影响较大的阶次(通过对各个阶次谐波的幅值判断，幅值越大，影响越大)，最终得到气浮转台的角位置定位误差的谐波补偿函数，上位机利用该谐波补偿函数对气浮转台的角位置定位误差进行补偿。
27、气浮转台的角位置定位误差的谐波补偿函数用公式表示为：
28、
29、式中，θ表示气浮转台的理想转动位置；k表示角位置定位误差谐波函数的阶次，当m为偶数时，k＝0,1,......m/2，当m奇数时，k＝0,1,......(m/2)-1；ak、bk表示第k阶角位置定位误差谐波函数的系数；ck表示第k阶角位置定位误差谐波函数的振幅；表示第k阶角位置定位误差谐波函数的初相角。
30、本专利技术具有如下优点：
31、1、安装简单，无需调节光学陀螺测角仪与气浮转台同轴；
32、2、可以实现全圆范围内高准确度的角本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光学陀螺测角仪的转台角位置定位误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于光学陀螺测角仪的转台角位置定位...
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