北航仪器光电大实验水平对准与陀螺

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1、实验一：水平对准实验实验日期和地点：5月7日晚19:00-21:00B630一、叙述实验内容与目的1、实验目的：利用加速度计进行水平对准，掌握加速度计输出信号的内涵，水平对准的基本原理及方法。2、实验内容：利用加速度计敏感地球重力加速度分量，计算水平姿态角，实现水平对准。实验内容主要包括：在双轴位罝转台上安装加速度计；加速度计输出信号采集；加速度计信号处理；水平姿态角计算。二、详细记录实验操作的步骤或实验过程，要求步骤完整1）学生操作测试前工作把加速度计安装到双轴位罝转台上；连接加速度计的各信号与电源线；测

2、试加速度电缆是正常连接；检查加速度计5V电源是否正常；启动数据采集与测试系统并检查是否正常，正常后关闭；2）对准实验将转台调到水平（双轴转台的水平零位）；启动数据采集与测试系统；转动双轴转台方位轴，在0度、90度、180度与270度，每个同学分别以不同倾角采集并存储实验数据，数据采集吋间1分钟左右。利用0度、180度或90度、270度的实验数据计算（测数字量）或（74（0）（测模拟量）利用两相互垂直位置的实验数据计算水平姿态角0、沒2。三、记录实验数据实验数据以txt文本记录，因而较多，每组都有上千个，因而

3、不再在这里列出，具体清见附件加速度计采集之数据.xlxs。（由于操作失误存储格式力mat，每次只存了127组数据）四、数据分析与实验数据处理过程处理原理：加速度计输出的比力中包含了运动加速度和引力加速度两部分:当加速度计静止或匀速运动时，运动加速度为零，加速度计输出的是GI力加速度。因此，讨根据其输出信号与重力矢量间关系计算水平姿态角。当加速度测量轴与水平面有角度沒时，有那么水平姿态角可表示为：=arcsin(^"J^/),沒为小角度时可以近似为沒=到此即实现了水平对准。但屮包括了加速度计的常值偏置。耑要把

4、其测试出补偿掉。加速度计的常值偏置计算方法为：+其中汉为任意角度。①0度时数据平均值为：(数据里有三个粗大误差已被剔除，为第43、94、118项)Zjwfiro=0.0435aw/s2②90度时数据平均值：/^90=0.0342m/52③18()度时数据平均值(23项为粗大误差)：4i，.180=0.0479m/52④270度时数据平均值：{胃27()=0.033m/?此吋，可认为数据中己无随机误差。10由0度及削度数据可得/0=-(^mo+/職180)=0.0457zn/?由90度及270度数据可得/()

5、=-(Zm90+Z^27o)=0.0336m/?则A实0=—0.0022m。2'/贼9()二0.0006m'f^]n{)=0.Q022m/s2>A.):27。=-0.0006m/52则水平姿态角0(/」真实0真实180«-0.0129^(取g=9.8m^2)水平姿态角伏=(•’靡厂’膝27o)=00035。(取尺二9.8m/f)实验误差分析:①平台旋转角度无法做到准确的180度，人眼读数有误差；②平台中心不一定与转轴重合会有偏心差；①数据采集、量化过程巾存在量化误差；②环境温度、平台的震动对加速度计输山的影

6、响；五、实验中遇到的问题及解决方法在大三上学期我们学习了惯性导航原理，里而有讲解加速度计的基本原理，所以本实验对我们来说理解上不存在难度。而且实验操作比较简单，所以实验中基本没遇到什么问题。但是，由于没有注意数据的保存格式，最后存成了*.mat文件，数据记录比较少。六、实验结论与体会虽然我们之前已经学习了加速度计的基本工作原理，但是并没有实际使用过加速度计。通过这次实验，我对加速度计有了更直观深入的了解，并且认识到加速度计在工作过程屮会有零值漂移，有时还会很大，我们在实际使用中应该没法将其补偿掉。加速度计虽

7、然是一个加速度敏感元件，但通过转化，我们可以通过它完成其它参数的测量，比如角度、位置等。实验二：陀螺测角实验实验日期和地点：5月21口晚19:00-21:00B630一、实验内容与目的1、实验目的：通过在速率位置转台上陀螺仪测角实验，让学生掌握陀螺仪的原理并深入理解陀螺仪的能。3、实验内容：陀螺零偏测试；利用速率位置转台产生基准角速度和相应的角位置，同时采集陀螺仪输出数据，并存储；对陀螺输出数据进行预处理；把陀螺输出信号积分计算旋转角度；把陀螺积分角度与转台上给出的角度进行对比，并进行误差分析。二、详细记录

8、实验操作的步骤或实验过程，要求步骤完整测试前工作把陀螺仪安装到转台上。安装时，使萁敏感轴垂直于工作台而。连接陀螺仪的各信号与电源线测试陀螺仪电缆是正常连接检查加速度计5伏电源是否正常启动数裾采集与测试系统并检查是否正常，正常后关闭陀螺测角实验接通陀螺电源在转台控制系统上设定一个角速度下，在此角速度下正反转，并存储数据。此数据用于计算叫（测数字量）或（7c（0）（测模拟量）。以一较小的角速度旋转一周，用秒表记录耗时