加速度计组件温度特性在系统建模

捷联惯导系统(SINS)内部工作温度的升高会引起其中加速度计组件输出脉冲产生漂移。分析了SINS初始对准精度与加速度计组件温度漂移的关系,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。

加速度计组件冷启动温度模型参数的标定方法

为补偿激光陀螺捷联惯性系统冷启动过程中的加速度计组件测量误差,建立加速度计组件温度参数的二阶多项式回归模型。为提高温度参数模型的环境温度适应性,提出了一种自然升温环境下,基于不带温箱的三轴转台的加速度计组件连续多次标定方法,借助于激光陀螺的辅助测量,通过构建36状态无系统噪声的特殊卡尔曼滤波器,无需测量噪声的先验信息,以递推方式可有效估计出温度模型参数的各项系数,同时解决了温度模型参数的传统辨识方法过于依赖温箱的问题,并有效缩短了标定时间。实验结果表明,与不进行温度参数补偿的结果相比较,基于温度参数二阶多项式回归模型的补偿方法,3h重力值测量误差均值减小至7.05%,测量误差标准差减小至3.97%,相应的3 h导航定位误差由3897.85 m减小至3508.79 m,从而较好地补偿了加速度计组件在系统冷启动过程中的热漂移误差,实现了系统冷启动后的快速正常工作。

基于谐波分析的捷联惯导系统加速度计组件标定技术

惯性器件误差是影响捷联惯性导航系统(SINS)精度的主要原因之一,任何由加速度计和陀螺构建的SINS在使用之前都须进行精确标校,以建立起惯性器件静态误差补偿模型。首先根据三轴加速度计组件的输出建立起加速度计输出模型;然后利用三角谐波的正交特性,设计了1g重力场下的多位置转台翻滚试验,分离出加速度计组件的各项静态误差系数的解析表达式;最后,分析了由基准误差引入的参数标定误差。利用双轴位置转台对标定方法进行验证,结果证明此方法能够有效标定出三轴加速度计组件的刻度因数、交叉耦合系数和零位偏置,满足系统设计指标要求。

高精度单晶硅挠性摆式加速度计组件的工程化实现

针对单晶硅挠性摆式加速度计的高精度工程化应用需求,设计了加速度计组件及温控系统。针对大多数温控系统工作时的瞬时电流较大问题,设计了一种带抽头的加热片,将温控分为粗温控和精温控两个阶段,不同阶段采用不同的加热电阻。测试结果表明,设定目标温度为60℃,当外界环境温度从5℃到55℃变化时,温控系统到温时间小于15 min,控温精度小于±0.1℃,精温控时的最大电流为粗温控时的33.4%。连续15天通电实验表明,该组件的加速度计刻度系数K1稳定性小于10×10^(-6),偏值K0稳定性小于10μg,满足各类高精度、工程化的应用需求。

悬丝摆式加速度计底座组件自动装配与焊接控制

悬丝摆式加速度计具有小型化、大量程和抗冲击的特点,在航空航天领域得到广泛的应用。其底座与摆组件的精密装配,目前仍以人工装配为主,具有装配精度差、悬丝张紧力不易控制,人工焊接时焊接参数难以保证、焊点质量不佳等问题,导致产品的良品率较低。为此,研发了一套悬丝摆式加速度计底座组件自动装配与焊接设备。根据零件特点与装配环境,采用视觉与力觉反馈控制,实现底座与摆组件位姿和悬丝张紧力的自动调整。基于C++语言,开发了分层架构的控制软件。设计温度反馈控制的焊接工艺流程与焊接策略,并通过有限元仿真与焊接实验进行验证。实验结果表明:该设备可实现自动装配与焊接功能,底座组件的装配精度与焊接质量符合技术指标要求,提高了产品质量。

基于多元回归模型的捷联惯性测量组件标定技术

应用多元统计分析方法,对捷联惯性测量组件(SIMU)的系统标定技术进行了研究。在考虑加速度计横向灵敏度影响的情况下,将 SIMU 加速度计组件视为一个整体,提出了 SIMU 加速度计组件的多元回归模型,并且给出了模型参数的估计公式。多位置标定及静态测试实验结果表明,采用多元回归分析可有效地标定出加速度计组件的刻度系数矩阵、等效安装误差矩阵和等效零位偏置向量。

基于速度误差的加速度计闭环标定方法

针对长航时、高精度移动测量系统中加速度计组件标定周期长、参数重复性不好等问题,该文提出一种基于速度误差的加速度计组件闭环标定方法。通过推导加速度计标度因数误差和安装误差的标定误差与系统速度误差之间的关系,以惯性导航系统解算的速度误差作为观测量,设计加速度计组件闭环标定路径,不断对标度因数和安装误差进行修正,并根据加速度计器件精度和标定参数分辨率设定闭环标定结束阈值。标定及导航实验结果表明:加速度计组件闭环标定方法可以完成标度因数和安装误差等9个标定参数的计算,惯导系统定位精度提高20%以上。

基于ST-EKF与滤波增益约束的加速度计微g级标定

提高加速度计组件的标定精度是实现高精度导航、高精度测姿的重要途径。针对加速度计组件通过线性误差模型标定后难以达到微g级精度的情况,建立了包含二次项误差和振摆误差在内的加速度计组件误差模型,并提出了一种基于状态变换Kalman滤波与滤波增益约束的系统级标定算法。该算法借鉴Schmidt-Kalman滤波器与可观测性约束Kalman滤波器原理,可减小滤波状态协方差矩阵计算误差和滤波增益计算误差,从而提高弱可观误差状态的估计精度。与传统系统级标定算法的对比实验表明,所提出的新算法能够更加精确估计出包含二次项误差与振摆误差在内的加速计组件的各项误差,新算法使在大水平姿态倾角下的重力模值测量残差的均方差从线性误差模型的24.12μg、线性/二次项误差模型的13.38μg减少到6.71μg。4500s大水平姿态变化下的纯惯导实验结果表明:与仅用线性误差模型的系统级标定结果相比,系统级标定新算法使惯导系统的东向、北向导航最大位置误差分别从192.40m、96.72m减小到74.64m、65.44m。所提出的系统级标定新算法具备更好的标定精度,从而使得导航精度得到提高。