JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1536—2015
捷联式惯性航姿仪校准规范
Calibration Specification for Strapdown Intertial Flight Attitudes
2015-06-15发布
2015-09-15实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1536—2015
捷联式惯性航姿仪校准规范 Calibration Specification for Strapdown
JJF 1536—2015
Intertial Flight Attitudes
归口单位：全国惯性技术计量技术委员会
主要起草单位：北京三驰科技发展有限公司
中航工业北京长城计量测试技术研究所
参加起草单位：中国兵器工业集团公司第203所
本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释 JF1536—2015
本规范主要起草人：
刘海涛（北京三驰科技发展有限公司）
董雪明（中航工业北京长城计量测试技术研究所）
参加起草人：
欧阳恒（中国兵器工业集团公司第203所）
李东临（北京三驰科技发展有限公司）张少军（北京三驰科技发展有限公司） JJF1536—2015
目 录
引言
(Ⅱ) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1 ) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (3) (3) (3) (3) (3) (4) (4) (4) (4) (4) (5) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (13) (15)
范围· 2 引用文件 3 术语及定义 3.1 标度因数· 3.2 零偏· 3.3 横滚角…· 3. 4 俯仰角……· 3. 5 航向角.…… 3.6 失准角· 4 概述· 4. 1 原理· 4.2用途 5计量特性· 5. 1 航姿仪数学模型.. 5. 2 航姿仪标度因数. 5.3 航向角零偏· 5. 4 俯仰角零偏· 5. 5 横滚角零偏 5.6X轴分别对Y轴和Z轴的失准角 5.7 Y轴分别对X轴和Z轴的失准角 5.8 Z轴分别对X轴和Y轴的失准角
1
校准条件 6.1校准用设备 6.2校准条件 1
6
校准项目和校准方法· 7. 1 标度因数· 7. 2 零偏·· 7. 3 失准角 8 校准结果表达·
复校时间间隔· 附录A 航姿仪测量不确定度评定示例附录 B 姿态仪坐标系转换的常用方法附录 C 校准证书内页格式
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I JJF1536—2015
引言
根据惯性导航系统的发展趋势和国内研制技术的水平，依据GJB1185A一2005《机载惯性导航系统通用规范》编写本规范，对捷联式惯性航姿仪的校准方法做了基础性的规范和明确，并给出了校准参数的不确定度评估示例。
本规范为首次发布。
Ⅱ JJF1536—2015
捷联式惯性航姿仪校准规范
1范围
本规范适用于捷联式惯性航姿仪（以下简称航姿仪）和其他原理相同的捷联姿态系统的校准。 2 引用文件
本规范引用了下列文件： GJB585A—1998 惯性技术术语 GJB1185A—2005 机载惯性导航系统通用规范凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文
件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3术语及定义
GB585A一1998确立的以及下列术语和定义适用于本规范。
3.1标度因数scalefactor
航姿仪输出的变化与输人角速度变化的比值，一般用最小二乘法拟合整个输入速率范围内测得的输出与输人数据求得。 3.2零偏zero offset
当航姿仪输人角速度为零时的输出。
3.3横滚角rollangle
载体北、天、东三个方向构成右手系，绕向北的轴旋转的角。
3.4俯仰角pitchangle
载体北、天、东三个方向构成右手系，绕向东的轴旋转的角。 3.5航向角headingangle
载体北、天、东三个方向构成右手系，绕向天的轴旋转的角。 注：无参照物时航向角就是指前进方向和正北方向之间的夹角。
3.6失准角misalignmentangle
航姿仪的陀螺敏感轴与安装轴的不正交角。
4概述 4.1原理
航姿仪的工作原理是将加速度计和陀螺仪直接安装在其腔体内：然后直接固联在载
体上，计算机实时计算姿态矩阵，即四元数法计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系：将来自于载体固联的加速度计测量的飞行器沿机体坐标系轴向的加速度信息转换为导航坐标系上的信息，然后从姿态矩阵的元素中提取出姿态和航向信息（详细信息参见
1 JJF1536—2015
附录B)。
系统原理图如图1所示。
有机体坐标系至平台坐 沿平台坐标系 导航 位置标系的方向余弦矩阵 的比力分量 计算 速度
误差
加速度计载体陀螺仪
显示器
方向余弦
矩阵元素 平台旋转速率四命
补
姿态角 姿态计算 方位
方向余弦元素
偿
姿态基准计算数学平台
计算机
图1捷联航姿系统原理图
航姿仪敏感角速度原理如图2所示。
地轴
航姿仪
赤道
转台
图2航姿仪敏感角速度原理图
地球以恒定的自转角速度。绕地轴旋转。对于地球上纬度为Φ的某点，在该点地球自转的角速度可以分解为两个分量，水平分量沿地球经线指向地理北极，竖直分量沿重力方向指向地球的质心。 4.2用途
航姿仪广泛应用于航空、航天、船舶等领域。为运动物体提供三轴姿态信息和速度信息。 5计量特性 5.1 航姿仪数学模型
航姿仪各轴输出的数字量模型见式（1）：
[N 1 Lry
Y
B.T B,T B.T
L yx 1 L Ls L:
N N
(1)
A
式中： N.,N.,N.
三个方向（X，Y，Z）上的输出角度，（°）；
2 JJF1536—2015
三个方向上的零偏，（°/s）； X轴对Y轴、Z轴的失准角，（°）；
Br,B,,B.
Lu,L Ly,Ly Y轴对X轴、Z轴的失准角，（°）； Lr,Ly Z轴对X轴、Y轴的失准角，（°）；
-
三个方向上敏感到的输人角度，（°）；校准时间，（s）。
Ar,Ay,A.
T
校准的过程就是通过一系列的计算得到式中的转换参数，即零偏和失准角度值，航姿仪基于转换模型经过转换计算后得到各轴向上输出的角度见式（2）：
[A. 1 Lry Lr A L y2 1 L y? +1 N-B,T
[N.-B.T
(2)
Lr L 1
NB.T
A.
由式（2）可知，各轴输出的数字量为式（3）：
N.=A,+LA,+LA.+BT N,=A,+LuA.+LA.+B,T N.=A.+LA.+LA,+B.T
(3)
5.2航姿仪标度因数
K，、K，、K。分别为航姿仪三个轴上的标度因数。本规范中航姿仪标度因数沿用陀螺仪标度因数。 5.3航向角零偏
即航向角在零输入状态下的输出值，由式（3）得到X轴上航向角零偏的数学表达式见式（4）：
B,=(N,-A.-LA.-LA.)/T
(4)
5.4俯仰角零偏
即俯仰角在零输人状态下的输出值，由式（3）得到Y轴上俯仰角零偏的数学表达式见式（5）：
(5)
B=（N-A-LA-LA)/T
5.5横滚角零偏
即横滚角在零输入状态下的输出值，由式（3）得到Z轴上横滚角零偏的数学表达式见式（6)：
B=（N-A-LALA)/T
(6)
5.6X轴分别对Y轴和Z轴的失准角
将航姿仪X轴朝天放置，分别取某一高速角速度值正、反向旋转360°的整数倍，校准得到正、反两个速率点旋转过程中Y轴和Z轴输出的角度值，根据Y轴和Z轴输出的角度值得到输出量。X轴分别对Y轴和Z轴的失准角计算见式（7）：
L=（Nx-N-）/2X360Xn L=（N-N-）/2X360Xn
(7)
式中： N一一X轴正转Y轴角度的输出量，（°）；
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