正交双加速度计在离心机上的测试方法及模型辨识

　　1　前言

　　加速度计是惯导系统的核心部件,由于受到目前加工工艺水平和技术的限制,精度提升空间不大[1],因此需要从测试技术和辨识方法入手,对加速度计测试并建误差模型,对误差系数进行参数标定,补偿各类误差对精度的影响[2,3]。加速度计的测试主要分为重力场试验和离心机试验。离心机试验是利用精密离心机产生大于一个g的持续向心加速度作为仪表的输入,测量在高加速度输入下仪表各项模型参数的试验。对于不含陀螺组件的石英摆式加速度计来说,精密离心机上不需要带有反转平台,它们利用特定的试验夹具按不同的安装方式固定在离心机大臂的仪表舱内,通过改变加速度计在离心机上的姿态进行测试。由于每种姿态测量之后需重新安装试验夹具来调整下一个姿态,这样就引入了安装误差及对应每个安装姿态的角位置误差,并且是影响测试精度的主要原因[4,5]。

　　对于某些低精度的加速度计,由于测试设备的误差远小于被测加速度计的误差,设备的误差对测试结果的影响很小,但是对于现在的高精度加速度计,其精度已经越来越接近10-6量级,已接近测试设备的精度,在标定时有可能受到测试设备误差的影响[6-9]。

　　文献[3]提出了正交双加速度计的模型并应用于1g下的重力场多位置翻滚试验中,但未给出离心机试验的测试方法。结合加速度计在离心机下的误差模型,文中推导出了正交双加速度计的g2观测方程,说明应用正交双加速度计法可以消除在离心机测试过程中的安装误差和角位置误差对测试带来的影响[10]。在参数辨识方面,在普通最小二乘法(LS)的基础之上进行了改进,将总体最小二乘法(TLS)[11][12]用于正交双加速度计误差模型的参数辨识中,为得到高精度的加速度计误差模型提供了理论基础。

　　2　问题的描述

　　2.1　离心机和加速度计的模型

　　精密离心机是一种可以安装和承载一个或多个惯导级(10ppm)加速度计,并可提供高g向心加速度的实验设备。由于结构的复杂性,导致存在多种试验误差源:

　　半径的不确定性

　　式中:△R+、△R———分别代表输入向心加速度为正和负时静态半径的变化;

　　△Raa0+△Rd———代表动态半径误差;

　　△R———包括了离心机的臂伸长、动态旋转中心变化、加速度计有效质心位置变化和大臂温度的热膨胀。通常采用激光干涉仪测量半径的动态变化。

　　②角速度误差

　　式中:△ωd———平均角速率偏差,包括角速度幅值ωp和频率fω的正弦变化引起的误差及为角速度的漂移率C(1/s)。

　　ωs———起始时刻的角速度。