压缩映射原理在平台惯导系统加速度计标定中的应用

1　引　言

传统的平台惯导的标定都是依靠外部转台在试验室里完成的。这种标定方法费时长、投入大,不利于产品的后期维护。由于平台惯导系统本身有稳定平台的作用,因而利用平台自身条件的自标定技术成为目前的一种发展趋势。

国内文献中有关平台惯导系统加速度计自标定技术的原理基本一致[1-2],即利用加速度计进行水平对准,然后以此为基准进行后续标定,但这种标定方法存在着原理性的误差。由于平台惯导系统的水平对准精度完全取决于加速度计的零偏,而加速度计的零偏本身又是一个待标定的参数,因此,加速度计零偏的初始装订值可能会引起平台惯导系统的水平对准误差,进而影响到后续所有参数的标定精度,在国内文献中尚未查阅到有关分析和解决这一误差的方法。此外,传统的加速度计标定方法中,有关加速度计标定参数的准确性,一般根据惯导系统的导航精度加以验证,费时长,不便于实际操作。

本文对传统的平台惯导系统加速度计自标定方法进行了误差分析,进而基于压缩映射原理提出了一种迭代式加速度计自标定方法,消除了传统平台惯导系统加速度计自标定方法中的原理性误差,同时提出了一种可简单、有效地验证加速度计标定参数准确性的方法,并对这一标定方法进行了理论证明以及试验验证。

2　加速度计标定的误差分析

加速度计的一阶线性模型如下所示:

式中,Fo为加速度计的输出值,f0为加速度计零偏,kb为重力加速度对应的加表输出值,即加速度计的刻度系数,xb为加速度计测量到的加速度与重力加速度的比值。

平台惯导系统加速度计标定方法的一般步骤如下:①在惯导系统中写入加速度计的零偏预装值;②调平平台后,利用平台惯导系统旋变的精确性,沿某一水平轴正负相反两个方向分别调偏相同角度,记为α角、-α角,并记录相应加速度计的输出值,根据记录数据计算出加速度计的零偏值和刻度系数;③重复标定多次,取其均值作为最终标定结果。

这种标定方法可以减小随机误差,但其在原理上存在着不可消除的误差。通常在加速度计标定前,其零偏真值是未知的,需预装一个零偏。由于零偏的预装值与真实零偏存在偏差,利用加速度计调平惯导平台时就会产生水平失调角,在加速度计测量值中引入重力分量,使得加速度计标定出现误差。

采用一般的加速度计标定方法标定平台惯导系统中的X轴加速度计时,设惯导系统水平X轴预装的零偏存在误差ex0,则零偏误差在惯导调平时会引起X轴水平失调,产生失调角Δα(Δα 1),且Δα=ex0/kx,kx为X轴加速度计的刻度系数。在平台调偏α、-α时加速度计的测量值如式(2)所示: