惯性仪表高阶误差模型系数在精密离心机上的测试方法

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精密离心机作为常用的高过载条件下的惯性导航测试设备,可以为惯性仪表提供足够的输入比力,特别是在惯性仪表高阶误差模型系数标定实验中给予足够的激励,这为精确标定惯性仪表误差模型系数提供了设备条件。但是利用离心机标定惯性仪表的过程中,离心机本身的误差会对误差模型系数的标定精度有影响,并且相对某些高阶误差模型系数这种影响往往较大。因此,在利用离心机对惯性仪表进行标定的同时需要考虑离心机本身误差对于标定结果的影响。本文将以哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心研制的JML-I型大臂式精密离心机为基础,分析了各离心机误差对于误差模型系数标定精度的影响,主要研究石英加速度计和陀螺加速度计的高阶误差模型系数的标定方法。论文的主要研究内容如下:以JML-I型大臂式精密离心机为研究对象,分析了各环节的误差来源,最终给出了离心机总不确定度的计算方式。在此基上分析了离心机在提供向心加速度过程中可能影响惯性仪表的输入比力的主要误差源,并给出了各误差源单独作用下对于加速度计输入加速度的影响。利用齐次变换将各个误差进行传递,给出了误差影响下实际作用于加速度计各轴的输入比力和角速率的计算式,为研究提高惯性仪表标定精度的测试以及误差补偿方法打下基础。对石英加速度计在离心机上的标定方法进行了研究,在石英加速度计的误差模型以及离心机误差分析计算所得的加速度计各轴上精确的输入比力,准确地计算出加速度计的输入比力以及已经标定零位偏置和标度因子等的基础上,提出了加速度计在离心机上的十二种安装位置的试验方法,采用最小二乘辨识的方法,将离心机误差与待辨识的加速度计误差模型系数进行了有效的分离,从而在不提高精密离心机性能指标的前提下,提高了加速度计误差模型系数的标定精度,并进行仿真验证了方法的有效性。同时,结合分析的离心机误差项对于加速度计高次项系数标定误差的影响大小,为实际试验时进行误差补偿以提高标定精度打下基础。对陀螺加速度计的高次项误差模型系数在JML-I型离心机上标定的方法进行了研究,并进行了相关的误差分析。以某型号陀螺加速度计离心机试验为基础,根据陀螺加速度计的动力学方程,给出了完整的陀螺加速度计误差的标定模型,并且从实际应用角度对此误差模型进行了逐项简化。利用JML-I型离心机反转平台功能,设计实验方法对陀螺加速度计高阶误差模型系数进行了标定,并且进行了误差补偿。通过分析标定精度和仿真验证了测试方法的有效性。
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