加速度计指北技术研究

　　1 引 言

　　在某些地面设备中，需要使用加速度计定向，它是利用离心机、加速度计测试哥氏加速度，从而判别出东西方向。其优点是不依靠地球磁场，不受电磁干扰，不限地形地貌，完全自主式工作。与陀螺仪定向系统相比，它没有陀螺仪的漂移问题，因此它可以应用在某些特殊场合。如果场地允许，离心机可以使用较大的离心机，其精度较高。如果离心机较小，可以做成便携式的。

　　2 系统组成

　　系统由离心机、加速度计、离心机驱动系统、测角系统和加速度数据采集系统组成。加速度计放在离心机台面的边缘，其敏感轴放于铅直方向。

　　3 系统原理

　　3.1 建立四个坐标系设地球半径为R，离心机工作半径为r，建立如下四个坐标系： ① 惯性坐标系O 0 X 0 Y 0 Z 0 ，其中O 0 为地心，O 0 Z 0 指向地球自转轴，O 0 X 0 指向春分点，O 0 X 0 Y 0 Z 0 构成右手坐标系。 ② 地理坐标系O 1 X 1 Y 1 Z 1 ，其中O 1 X 1 水平指向东，O 1 Y 1 指北，O 1 Z 1 指向天顶,如设经度为λ，纬度角为 (北纬)。

　　3. 2加速度计的输入加速度求法

　　加速度计坐标系原点在惯性坐标系下的绝对位移为:

　　3. 3引力加速度gm在加速度计坐标系的分量

　　设主轴线偏离gm方向△BX.△弓角，则引力加速度在加速度计坐标系中的分量有如下关系;

　　4 结论

　　由上可见，要实现此方案，需有如下条件:

　　①要有分辨率达10-6g的加速度计，其测量范围为。

　　②要适当控制离心机的转速Sz，转速较大可以使激励出较大的哥氏角速度，但对数据采集系统的压力较大。数据采集系统要有足够的采样速度，否则会产生较大的时间滞后。

　　③根据推算，对离心机安放的垂直精度要求不高，只要回转轴与台而垂直度较高，在在调整离心机台而水平度时，可以允许使用普通的水平仪。

　　④要认真对待干扰问题，由于可以采用相关滤波，因此对外界的干扰可以有较强的抗干扰能力，但对离心机电机转动引起的振动要予以充分注意。设计时要将系统谐振频率和转动频率的频差拉得足够大。对于小离心机，可以研制一种调平机构，使离心机在调平之后能和机座固联，增大谐振频率。

　　参考文献:

　　[1] Philip C M. Practical accelerometer testing[R]. AD-A074716.

　　[2] Coulter J E. Test methodology for evaluation of the input axis of a pendulous integrating gyro accelerometer[A]. AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference[C]. 1981: 200-205.

　　[3] Shuster M D. A Survey of Attitude Representations[J]. The Journal of the Astronautical Sciences. 1993, 41(4): 439-517.