基于角速率的加速度计阵列误差系数标定方法的分析

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1、中北大学学位论文随时间积累而发散；监控技术在惯导中的应用有陀螺壳体旋转，平台旋转，H调制等，从而提高了惯导系统的精度；还有采用精度高的新型惯性元件构成的惯导系统，如静电陀螺船用惯导系统，机载挠性陀螺惯导系统，激光陀螺捷联式飞机导航系统等。1．2本课题的研究背景及意义本项课题研究目的是为各类武器系统，如某远程多管火箭炮、炮射导弹等提供可抗高过载的全弹道参数的动态测试系统，可测试弹体飞行过程中弹体姿念、速度、转速、位置等各种状态参数，为评定武器系统的主要战技指标提供决策依据。目前，在飞行体时空位置测试方面，通常用

2、线加速度传感器与陀螺组合的微惯性测量组合、动态GPS、地面光学测试系统等进行测试。但对于常规兵器这样的一种特殊飞行器，其应用环境较为恶劣，如炮弹弹丸，由于其发射段有高达200009的发射过载，使得陀螺无法应用于该环境进行弹道测试，而动态GPS、地面光学测试系统由于动态响应和应用条件的原因受到一定的限制。而传统的微惯性测量组合中陀螺的造价昂贵，体积大，响应速率慢，功耗也有一定的要求。相比之下，随着半导体技术及集成工艺的发展，微型加速度计的生产加工技术R趋成熟，能够使得加速度计的动态范围大，可靠性高，精度高，造价

3、低。因此用加速度计构成的无陀螺捷联惯导系统，必定能够较好的满足捷联惯导系统测试要求砼引。本项目研究探索一种全新的飞行体时空位置测试方法，研制一种由高精度抗高过载的加速度传感器组成的阵列并结合微型数据记录仪等组成的测试系统。该系统随飞行体按照已知状态同步装配，随飞行体发射，记录飞行体的飞行加速度信息，用计算机模型解算后再现飞行体的时空位置参数。由于微型惯性传感器及其测量系统具有体积小、集成度高、抗恶劣环境性能好等突出优点，因而成为常规武器智能化的关键，同时是新型战术武器、防空反导武器中必不可少的重要制导惯性部件

4、。微型惯性传感器及其测量系统较为迫切的应用需求有：多管火箭炮弹道修『F引信、加榴炮和舰炮弹道修正引信、迫击炮弹道修正引信、远程火箭弹弹道修J下、中大口径引信等；除此之外，在新型微武器系统的研究如在弹道时空位置与姿态检测、智能头盔，灵巧炮弹、智能子弹、侵彻炸点自适应弹药、子母弹开仓自适应引信、战场侦察微型机器人，单兵作战信息系统，微型飞行器等方面都有着广阔的应用前景。2中北大学学位论文1．3国内外的发展状况加速度作为描述物体运动状态的一个重要物理量，被广泛应用于社会生产实践的诸多方面，如航空航天、军事、医疗、体

5、育与文化娱乐、机械工程等。而对加速度信号的获取主要是通过相应的加速度传感器来实现的。早期的加速度传感器只能实现单维的线加速度或角加速度的测量：随着传感技术、半导体技术、计算机技术等发展，能实现多维加速度测量的传感器、尤其是各种三维线加速度计已见诸报端并趋于成熟，其性能也有了很大提高【酬。另方面，由于三维线加速度计结构上的特殊性等，使得对其标定及性能测试较为困难：且关于这方面的研究报道很少。而至今，国内外仍未建立统一的三维线加速度计标定测试标准。从仅有的几篇文献上看，仍主要借助于单维线加速度计的标定方法，在对测

6、试设备进行相关的改进后，在重力场中，通过翻滚试验、离心机试验或振动试验等方法来实现对三维线加速度计标定。如文献[9】借助一个精密的直角标定架，实现振动台在X，Y，Z三个方向的激振，进而采用比对法对一种三维组合压组式低频加速度传感器进行了标定。文献【17】介绍了一种国外对三轴加速度计组传感器实现标定的方法，其将传感器安装在一精密的双轴转台系统上，测试果相当精确。前者要求有精密商角架，并能被准确地安装在振动台上；后者的转台系统非常精密与复杂，加速度计的安装也很复杂。加速度计阵列的标定是建立在一定的加速度计配置方案

7、这个前提下的。目前国内外最经典的加速度计配置方案有六加速度计配置、九加速度计配置和十二加速度计配置，在本文中给出了九加速度计配置方案和十-；0t】速度计配置方案的比较分析，本文是基于十二加速度计阵列方案进行标定方法及实验的研究[10,11】。全加速度计阵列惯性测量单元在结构上的最大特点是既没有机械式陀螺稳定平台，也没有陀螺仪，其惯性测量单元完全由加速度计构成。由惯性导航理论知识可知，合理安装至少六个加速度计可解算出载体坐标系三个轴的角速度，由此可知，通过计算机对加速度计输出信息的计算可获得载体坐标系的信息。它

8、属于捷联式惯性导航系统的特殊情况，是用加速度计代替陀螺测量载体的角速度。因此，全加速度计阵列惯性测量单元工作原理与捷联式惯性导航系统工作原理类似。在1965年，DiNapoli提出不用陀螺测量物体角速度的想法，之后国内外学者丌始3中北大学学位论文研究基于六加速度计阵列、八加速度计阵列例、九加速度计阵列，l加速度计阵列I”及十二加速度计阵列口1的全加速度计阵列惯性测量单元。同时，国外相关研究人员也在竟