加速度计零偏测量的一种新方法

    1　前言

    惯性器件误差是惯性系统最根本的误差源。按模型对惯性器件误差进行测量与校正是提高惯性器件精度的一条十分有效的技术途径^[1～3]。测试结果还是惯性器件性能评价的主要依据。

    理论与实践均证明,零偏随时间温度的变化较大,是加速度计最主要的误差源,每次启动都不同。时间间隔越长,相差也越大。有的加速度计在性能指标中不仅给出了短期稳定性,而且也规定了逐月、逐年等长期稳定性指标,供使用时参考。因此,为提高校正精度,通常要对加速度计进行定期标定。如果在每次测量前进行标定,得到的参数最为有效。

    大多数载体超过9.80 m/s2的加速过程都较短,有些完全在9.80 m/s以下才工作,因此零偏稳定性对惯性系统精度的影响往往比标度因数稳定性更为严重。

    压电加速度计^[4]是基于压电效应的固态惯性器件,具有测试范围宽、成本低、体积小、质量轻、功耗低、直流供电、抗冲击振动、可靠性高等显著优点。不足之处在于其精度较差,尤其是稳定性。压电加速度计如果要在惯性系统中使用,误差校正是非常重要

的。

    加速度计测试通常是在转台或分度头上进行的。常规测试方法大多数比较复杂,对测试设备和基准要求较高,而且待测仪表须按预先设计好的程序精确转位,因而测试标定工作只能在实验室里进行^[2,5,6]。绝大多数情况下,限于测试条件,装机后的现场标定难以实现,通常是将惯性仪表从载体卸下,搬回实验室进行标定。

    但是就多数载体而言,使用现场的非精确、非限定的变位总是可以实现的。

    2　坐标系和重力加速度

    设有两个正交坐标系:

    (1)地平坐标系:X、Y两轴在水平面内,Z轴向上;

    (2)加速度计坐标系:x、y、z分别沿加速度计组件测量轴。

     忽略了加速度计安装失准角时,重力加速度在后者的取值如下: 

式中　_g0=9.780 49 m/s²为赤道重力加速度;φ为纬度;h为海拔高度。对压电加速度计,标定时可以忽略高度的影响,但是一般要考虑纬度因素。

    3　标定方法

    一般的标定方法是基于一个精确已知的标称量和该量的测量值相比较来进行的,测量值取自要标定的仪表,测定位置数取决于模型项数和测量精度。在静基座情况下,通常认为压电陀螺的输入为零,因而其输出就是压电陀螺漂移^[6];加速度计却不然,由于加速度计测量的是比力[1,2],其中不仅有运动加速度,而且还有重力加速度。即便在静止情况下,重力加速度总是存在的,因此加速度计仍会有输入输出。标定时必须将两者准确分离,为此加速度计标定在分度头上进行,通常采用8位置试验方案。如果将加速度计的输入轴分别对准重力加速度正向和负向后保持静止,可得^[5]