加速度计在精密离心机上的标定方法与误差分析

为了提高加速度计非线性误差系数在离心机上的标定精度,应对离心机的误差源进行准确地分析和有效地分离。首先,通过分析双轴离心机的误差源建立了相应的坐标系,利用齐次变换法推导了加速度计在离心机上的精确比力输入并建立了加速度计的标定模型。其次,分析了相应误差项对加速度计零偏、标度因子和非线性误差项系数的标定影响,设计了加速度计在离心机上标定时的误差分离方法。最后,通过实验对加速度计的误差模型系数进行了辨识。结果表明,该方法能够准确分离出失准角误差和偏心误差,非线性误差系数的标定不确定度量级为10~(-4),能够有效提高加速度计的标定精度。     

一种石英挠性加速度计非线性误差系统级标定方法

为提高大过载高动态环境下捷联惯导系统导航精度,需对捷联惯导系统中的石英挠性加速度计非线性误差参数进行精确标定。针对现有标定方法在加速度计非线性误差参数发生变化时无法满足免拆卸高精度标定的问题,设计了一种基于双轴精密离心机和捷联惯导系统转位机构交替旋转、依靠转位机构实现9位置标定路径的系统级标定方法。经理论分析和仿真验证,所提方法可实现加速度计二次项、交叉耦合项共九个非线性误差参数系统级高精度标定,二次项误差参数标定精度优于1.0×10^-6 g/g²,交叉耦合项误差参数标定精度优于1.5×10^-6 g/g²。     

精密离心机的惯性组合加速度计的参数标定方法

为了实现应用精密离心机对捷联惯导系统不拆分整体标定时各加速度计误差模型系数进行精确辨识,分析了可能影响加速度计标定精度的离心机误差源进而建立了相应的坐标系.在考虑各加速度计与反转平台轴线距离的情况下,应用齐次变换法计算了各加速度计各轴实际的比力输入,结合给定的加速度计误差模型,设计了一种可辨识误差模型中全部二阶误差模型系数的测试方法.仿真结果表明,该方法经修正离心机误差后可以有效地提高所有误差模型系数的标定精度,并能给出各加速度计与反转平台轴线的距离.仿真还分析了离心机误差对标定精度的影响,结果表明:离心机误差项主要影响1号加速度计 KF、KP、KPP 的标定精度,而对于 KII、KIO 的标定无影响;另外主要影响2号加速度计 KF,KI,KII 的标定精度,以及3号加速度计 KF、KO 的标定精度.     

在反转平台离心机上标定陀螺仪的误差模型系数的方法

为了准确标定陀螺仪的静态误差模型系数,在带反转平台的精密离心机上建立坐标系,并在考虑离心机误差源的情况下分析了坐标系间的姿态关系.推导出了陀螺仪各轴上精确的角速度输入和比力输入标称值,再结合陀螺仪静态误差模型推导出含有陀螺仪漂移系数的各次谐波幅值表达式.通过离心机提供两个不同谐波加速度,采集陀螺仪各采样时刻的输出,对输出应用谐波分析法求得0-2次谐波幅值大小,再根据谐波幅值与漂移系数之间的关系,利用最小二乘法辨识各漂移系数.试验仿真表明采用带反转平台的离心机对陀螺仪漂移系数标定时可以有效规避某些离心机误差,离心机误差对于DI、Ds、DIO和Dos等参数的标定有很大影响,须在补偿离心机误差的情况下才能够实现精确标定.     

精密离心机主轴回转误差对加速度计输入精度的影响

介绍了用4个位移传感器法测试精密离心机主轴径向回转误差和倾角回转误差的方法，计算了主轴回转误差中一次谐波，它包括圆锥运动和一次谐振运动，对一次谐波如何影响精密离心机中的向心加速度及其在加速度计坐标系下的分配作了详细分析，同时对重力加速度分配的影响也作了详细的分析。最后得出了被测加速度计的输入加速度的平均值的补偿方法，进一步提高了加速度计的输入精度。通过对离心机主轴回转误差运动的检测和测试，定量分析了对加速度计输入精度的影响，有助于提高加速度计的标定精度。     

正交双加速度计两种安装位置在重力场中的标定方法

为了提高加速度计在1g重力场中的标定精度,分度头的角位置误差应非常小或将它有效地分离。提出了一种将正交双加速度计在分度头上,进行两种安装位置组合测试的方法。推导了加速度计误差模型系数的标定误差与分度头角位置误差成分的关系,设计了两种安装位置组合测试方法,从加速度计的输出中可分离分度头的角位置误差,提高加速度计误差模型系数的辨识精度,对试验数据进行误差分析后验证了该方法的正确性。     

加速度计标定中静态半径误差项的消除技术

基于离心机对线加速度计进行标定时,首先需确定加速度计有效质量中心到离心机旋转中心的距离,即静态半径。目前相关的确定方法较为繁琐,实际中难以操作。提出一种直接消除双离心机静态半径误差的测试分析方法,该方法基于加速度计在双离心机上测试标定时在正向输入和反向输入条件下其安装位置误差的对称性,将安装位置误差项引入加速度计的静态模型方程中。通过对模型方程的处理,消除了结果数据中的安装误差项,获得了不含安装误差项的加速度计标度因数计算方法,并且基于所获得的标度因数,可以计算获得安装位置误差值。对比测试验证结果表明,同个加速度计在正常安装((35)R/R_1约0.37%)和人为增大安装位置误差((35)R/R_1约5.22%)的情况下,经过消除安装位置误差项的处理,所获得的标度因数仅相差约0.036%,证明了该方法的有效性。该方法有效消除了安装位置误差对标度因数的影响,提高了标定精度,同时简化了加速度计的标定步骤。     

提高加速度计标定精度的方法

本文分析了在１ｇ条件下在分度头上标定加速度计时影响标定精度的因素，论述了提高加速度计标定精度的方法。     

加速度计的全组合标定方法

阐述了在重力场上用全组合法标定单加速度计的方法,并且推导了加速度计全组合标定法测试原理。这种方法剔出了测试设备的确定性角位置误差对加速度计误差模型系数标定精度的影响,提高了加速度计的标定精度。结合上述的理论分析,对某型号加速度计进行了实际测试和误差分析,实验结果证明本方法对于提高加速度计标定精度是非常有效的。     

加速度计误差系数对拟合残差的影响及试验分析

为了提高加速度计的测试精度,针对加速度计在重力场的试验,分析了加速度计误差模型中误差系数对辨识拟合残差的影响.通过石英挠性加速度计的三十六位置翻滚试验,利用最小二乘参数估计后,根据残差曲线的规律性形状确定了加速度计误差模型中存在零偏不对称项和标度因数不对称项,从而进一步完善误差模型.试验结果表明,被测加速度计的零偏不对称项和标度因数不对称项对辨识结果影响很大,加入到误差模型中拟合残差标准差从原来的1.1×10-5g提高到 7×10-6g左右,精度明显得到改善.     

一种新的加速度计温度误差补偿方法

惯性导航系统实际工作时,环境温度变化会导致IMU的惯性器件加速度计的工作温度变化,其零偏和标度因子因此也会发生变化,最终影响惯性导航系统的初始对准和导航精度.通过两级温度控制,在水平和垂直位置对加速度计进行定点升温试验,利用最小二乘法建立起了加速度计的温度补偿模型.在自然升温和降温过程中,进行加速度计的温度补偿,验证了模型的准确性和重复性.     

捷联惯组误差系数的分形特征及插值算法

针对传统模型难以描述捷联惯组误差系数的复杂性、突变性和非线性特征这一问题,研究了其多重分形特征,并提出了一种自适应分形插值算法.利用盒维数和MF-DFA方法分析得出捷联惯组误差系数具有明显的多重分形特征.改进了适用于非等间隔数据的垂直比例因子求取算法,根据测试数据间隔大小赋予每个仿射变换不同的概率和使用次数,按照无放回抽样原则进行随机分形插值,在不增加迭代次数的条件下解决了分形插值点分布不均匀的问题.利用加权平均法得到指定时间的标定值.结果表明,所提算法插值准确性比常规分形插值至少提高了3倍.     

基于高阶补偿模型的新圆锥算法

分析表明传统圆锥算法的误差由常值漂移误差和截断误差组成。通常截断误差大于漂移误差,是误差的主项应优先补偿。而传统圆锥算法一般通过增加单次更新周期内的子样数来提高算法精度,但子样数的增加只能减少漂移误差,对截断误差并没有改善作用。从Bortz的旋转矢量微分方程出发,在不增加采样数的前提下,通过高阶误差补偿模型,对圆锥运动产生的截断误差进行了有效的补偿,提高了算法精度。从理论上比较了该算法和传统3子样圆锥算法、4子样圆锥算法的误差,证明算法精度一般优于传统3子样圆锥算法和4子样圆锥算法。通过仿真证明了上述结论的正确性。虽然新算法增加了一定的计算量,但随着导航计算机性能的不断提高,实测的结果表明仍能满足实时性的要求。     

光纤捷联惯导系统高阶误差模型的建立与分析

针对多位置标定算法中利用的陀螺和加表的误差模型,在捷联惯导系统误差传播方程中,考虑陀螺和加表的标度因数误差和安装误差,建立了一种高阶误差模型。为了评价该模型的准确性,将其与不考虑标度因数误差和安装误差的模型比较,设计了系统静态和动态仿真实验。在系统静态仿真中,分别加入陀螺漂移和加表安装误差,而在动态仿真中同时加入各项误差项,求取以这些误差项为初值的模型微分方程的解,使其与惯导系统输出误差进行比较。仿真结果发现,建立的高阶误差模型比不考虑标度因数误差和安装误差的模型精度高出约三个数量级。     

安装误差角引起的加速度计旋转误差建模

在导航过程中惯性平台绕方位轴旋转能够有效地调制陀螺的常值漂移,但加速度计安装坐标系和陀螺安装坐标系的不重合会导致加速度计零偏也被调制为一个变化量,因此需要建立其旋转误差模型进行补偿。针对平台惯导台体绕方位轴旋转时加速度计误差补偿的实际需要,建立加速度计由初始安装误差角引起的旋转误差模型。模型主要针对旋转过程中由初始安装误差角导致的加速度计和水平面之间的不重合度,模型包括角度叠加模型和单位矢量旋转模型。通过对两种模型仿真分析,表明角度叠加模型计算量小,并且能够满足实际误差补偿需要。     

一种基于半参数回归的加速度计误差模型辨识方法

为了解决加速度计离心机试验中系统误差和未建模误差对加速度计模型辨识的影响,将统计学中的半参数回归方法引入到加速度计的模型辨识中,建立了加速度计的半参数回归模型,提出了一种基于最小二乘-半参数回归模型(LS-SPRM)的估计方法,该估计方法利用最小二乘法估计加速度计的误差模型系数,利用半参数回归方法估计加速度计测试中的系统误差,并通过检验残差是否为白噪声作为判断是否有系统误差的条件。在半参数模型的估计中,采用二阶段估计方法,利用三次样条函数进行非参数部分的估计,并讨论了光滑参数的选取方法。仿真试验结果表明,采用该方法能够较好地补偿由于系统误差和未建模误差带来的影响,使加速度计模型辨识的标准差较普通最小二乘法减小45%左右,估计的残差也减小了近一倍。     

捷联惯性组合误差模型相关性分析方法

在实际应用中通过捷联惯性组合误差模型可以将测量值转换成载体导航解算的需要量,而误差模型中的误差系数一般通过标定试验获得。以往认为误差模型中各误差系数相互独立,但通过实际计算可以发现并非如此。为了考量各系数相关性关系,提出了一种相关性分析方法。首先,提出了捷联惯组加速度计输出方程。之后,运用统计学的相关方法计算出了各系数的相关系数和协方差矩阵,并推导出了测量值和误差系数的分布特性之间的关系。最后,通过加速度计组合的实际测试,分别计算了不包含和包含拟合残差的统计数值。通过与输出值进行比对,验证了相关性分析方法的正确性,并表明拟合残差对于统计特性的计算具有重要作用。