加速度计组件温度特性在系统建模

　　由于加速度计( 简称加计) 自身结构的不完善,工作环境温度变化对其输出影响显著。元件级的温度误差控制往往通过改进机械结构或研制温漂系数更小的加工材料或电路元件来实现[ 1-5] 。一般而言,利用高、低温箱对加计进行升、降温实验虽在一定程度上可以提高出厂时的单表精度, 但往往由于测试环境过于理想, 与元件在系统应用环境存在明显差异而导致补偿效果不明显。只有将加计组件安装于导航系统箱体内部, 在系统工作条件下进行的系统级温度特性测试、建模与补偿方可称之为加计组件的温度特性系统级建模。

　　加计组件系统级温度误差控制方案可分为温度控制[ 6] 和温度补偿[ 7] 。前者通过系统箱体内部敷设的热敏器件在系统工作前将箱体内部加温至超出外界环境温度的某预设值, 人为制造系统内、外部温度梯度而达到热耗散平衡。此方案在当前大多数激光捷联惯性导航系统中应用较为成熟, 但实际应有中加温时间过长( 约40 min) , 不适用于要求快速启动的高精度导航系统, 且无法避免热敏器件本身的非线性特性和系统工作时仍然存在的10 ℃ ~ 20 ℃ 的温度漂移。而温补法通过对系统中的惯性元件温度特性( 如零偏和标度因数) 预先建模, 上电后通过软件进行实时补偿, 此方案在挠性陀螺平台惯性导航系统中应用甚广。

　　本文研究了加计温度漂移与捷联惯导系统( SIN S) 初始对准精度之间的关系, 设计针对双轴位置转台的五位置升温实验, 分离出加速度计组件零偏、标度因数误差和温度之间的关系, 最终通过多项式拟合建立起补偿模型。常温条件下( 25 ℃ ~ 50 ℃ )系统应用结果表明, 该建模和温度补偿方法可以改善加速度计组件安装误差标定精度, 并提高SINS对准精度和快速启动能力。

　　1 加计温度漂移与对准精度分析

　　室温( 25 ℃ ) 条件下SINS 水平静止采数8000 s, 得到的加计组件内部AD590 温度传感器芯片电流采样得到的温度值与加速度计脉冲输出曲线如图1。由于系统工作导致加计内部温度不断升高, 静态输出脉冲也逐渐漂离初始值。且由于水平静止时z 轴加速度计输入最大, 其标度因数( 或称脉冲当量) 的随温度变化对脉冲输出的影响比水平方向加速度计显著。

　　右边后两项看, 1 mgn / h 的北向加计零偏漂移率与01 057°/ h 的东向陀螺常值漂移对方位对准精度的影响是一致的。图1 中系统进行对准时, 如x 加计处于北向, 对方位对准精度的影响等效于01 01°/ h的东向陀螺漂移, 故需补偿。

　　2 加计温度特性建模

　　2. 1 温度模型参数分离基本原理