石英挠性加速度计误差补偿模型的研究

　　惯性导航系统具有完全自主式、全天候、不受外界环境影响、无信号丢失等特点,但是只是短时间内精度比较高,时间越长,随着时间的积累误差也在积累。因而对组成系统的惯性传感器的性能要求比较高。加速度计作为捷联惯性导航的关键器件,具有模拟输入、高性能、高准确度的特点。它可以用来测量载体的线加速度,在通过两次积分得到载体的运动轨迹(载体的速度和距离)。结合陀螺仪信息,获取载体的完整信息。在捷联惯导系统中,加速度计内在的温度等特性使它有较大的漂移速率,如果不加以补偿,在测量的过程中就会带来较大的误差,进一步影响导航精度。因此,研究加速度计的误差补偿模型就很有必要。由于在我们的捷联惯导系统中用的是CHJN-2A石英挠性加速度计。本文通过实验研究了该加速度计的误差来源,通过分析得到了加速度计的误差补偿模型。

　　1　加速度计的工作原理与误差分析

　　1.1　石英挠性加速度计的工作原理[1]

　　在CHJN-2A石英挠性加速度计中,是用石英晶体经过特种加工形成挠性支撑,并用电容元件作为信号传感器,也就是用力矩器磁钢的表面与敏感质量两边平面之间的间隙变化来拾取摆质量相对壳体的位移信号。当敏感质量在加速度作用下产生偏转时,由于两边间隙的改变便使桥路容抗发生变化,从而输出反映摆偏转角的信号。挠性加速度计的工作原理[2]可以用图1的结构方块图表示,图中的R是标准采样电阻。由图1可以得到加速度信号电压的响应函数为:

　　1.2　加速度计的误差分析

　　石英挠性加速度计的误差来源如下:

　　①确定性误差恒定加速度条件下,偏离0电压的固定值,以及温度偏差。②比例因子误差输出电压的变化与输入加速度的变化的比,在标定的时候,由于环境的不同而不同。③交叉耦合误差加速度计的输出值的误差,是由于加速度计对输入轴的加速度极为敏感引起的。④随机误差该误差是由于加速度计的不稳性引起的。其中包括温度偏差(由于温度不稳定而产生的)。

　　由于在实际应用中,捷联惯导系统一般都要求在最短的时间内对准,而一般加速度计的输出在初始启动的半个小时之内有较大的一个漂移,这是由于加速度计开始工作后的温度变化引起的。对此漂移进行研究,如能有效补偿可以提高惯导系统的效率和精度。

　　1.3　加速度计的误差补偿[324]

　　由于加速度计的数据中,既包含确定性误差又包含随机误差,在我们的捷联导航系统中,采用下面的模型(2)进行补偿

表示加速度计开始工作后的非线性误差,包括由温度引起的各项偏差,随工作时间的增加而变小。