石英挠性加速度计正交双表测试方法研究

　　0　引　言

　　石英挠性加速度计是惯性仪表的一种,广泛应用在高精度惯性制导系统中。对石英挠性加速度计进行测试,精确辨识其数学模型十分重要[1~3]。石英挠性加速度计的重力场静态翻滚试验是利用测试设备来改变重力加速度在加速度计输入轴、输出轴和摆轴各方向的分量来测量加速度计各项性能指标的试验。由于重力加速度最容易获得,并能精确测定其大小和方向,具有试验方便和结果精确的特点[4],因此,该试验是加速度计性能测试的主要试验方法之一。

　　本文对石英挠性加速度计在转台上的重力场多位置辨识方法进行了研究。考虑到转台测试设备转角误差源对石英挠性加速度计测试的影响,本文给出了一种正交双加速度计误差辨识方法,通过适当的数据处理方法,能够有效分离测试设备误差源的影响,从而达到提高石英挠性加速度计模型项系数标定精度的目的。

　　1　正交双加速度计的安装与测试方法

　　正交双加速度计在转台上的一种安装方式如图1所示。双轴转台耳轴水平东西向放置,主轴初始位置竖直放置,加速度计通过安装夹具固定在主轴台面上,且第一只加速度计A的输入轴IA指南,摆轴PA指东,输出轴OA指天;第二只加速度计B的输入轴IA指东,摆轴PA指北,输出轴OA指天固定在夹具上。以摆状态试验为例,即绕OA轴翻滚,试验时,耳轴从图1所示位置旋转90°,从而使测试初始位置为主轴水平南北向放置,与耳轴(东西向)在同一水平面内,这时,2只加速度计的指向为:A表IA轴指天,PA轴指东,OA轴指北;B表IA轴指东,PA轴指地,OA轴指北。测试时,按照设计的要求将主轴旋转到指定的角度,加速度计也随之绕OA轴转动到要求的相应位置,并使加速度计达到理论上的测试点,使加速度计的输入理论值为预先设计的重力场分量,从而实现加速度计的重力场翻滚试验。

　　2　转台误差源对加速度计模型辨识的影响

　　为了便于研究转台误差源对加速度计测试的影响,需要建立相应的坐标系,其中,各误差源满足小角度假设条件:θ充分小,使得sinθ≈θ,cosθ≈1,即θ的高阶项(含二次项)可忽略。建立的坐标系如下:

　　1)地理坐标系o0x0y0z0

　　取地理坐标系为东、北、天方向, o0x0指东, o0y0指北,o0z0指天。那么,重力速度投影到地理坐标系的分量为

　　显然,地理坐标系绕o0z0轴的转动不会影响到重力加速度在其上的投影,因而,主轴和耳轴可以设置在水平面内的任意方位。

　　2)主轴轴线坐标系o1x1y1z1

　　主轴轴线o1y1, o1x1位于水平面内且与o1y1垂直, o1z1垂直于o1x1,o1y1所在平面。理想情况下,主轴轴线坐标系和地理坐标系重合。考虑到转台指向误差的存在,主轴轴线将偏离一个角度α1。在小角度假设条件下,角度α1可以表示为2次转动的合成,并与转动次序无关。再考虑到主轴轴线o1x1绕朝天轴o1z1的转动不会影响到重力加速度在坐标系o1x1y1z1上的投影,所以,有转移矩阵如下