光纖捷聯(lián)系統(tǒng)溫度補(bǔ)償方法*

王 毅

(海軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局 重慶 400042)

光纖捷聯(lián)系統(tǒng)溫度補(bǔ)償方法*

王 毅

(海軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局 重慶 400042)

論文分析了慣性測(cè)量元件對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)精度的影響，提出了溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ⑼ㄟ^試驗(yàn)分析建立了適用于工程應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型，最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證了溫度補(bǔ)償方法的有效性。

光纖捷聯(lián); 溫度補(bǔ)償; 模型; 驗(yàn)證

Class Number TN253

1 引言

光纖捷聯(lián)系統(tǒng)的慣性測(cè)量元件光纖陀螺儀和加速度計(jì)的零偏性能受溫度影響較大[1]，直接影響到測(cè)量元件的測(cè)量精度，從而影響光纖捷聯(lián)系統(tǒng)的精度，目前行業(yè)內(nèi)針對(duì)這種情況通常采用硬件溫控方案或軟件溫補(bǔ)方案[2]。但采用硬件溫控方案在全溫范圍內(nèi)不能保證系統(tǒng)溫度短時(shí)間內(nèi)加溫到位，本文主要闡述軟件溫度補(bǔ)償方法。

2 慣性測(cè)量元件對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)水平精度的影響

光纖捷聯(lián)系統(tǒng)本身工作模式是組合方式，姿態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行校正，光纖陀螺儀在生產(chǎn)過程中一般已經(jīng)對(duì)陀螺儀全溫零偏進(jìn)行了溫度補(bǔ)償[3]，其零偏變化量不大，對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)的影響較小，而加速度計(jì)的零偏變化量對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)的水平精度影響較大，為此專門做了一項(xiàng)全溫試驗(yàn)，試驗(yàn)中陀螺儀數(shù)據(jù)零偏變化量不大于1°/h，對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)水平精度的影響只有0.003°，而加速度計(jì)的零偏變化量達(dá)到0.002g，對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)的述評(píng)精度影響達(dá)到0.1°，因此慣性測(cè)量元件中加速度計(jì)零偏變化量是影響捷聯(lián)系統(tǒng)水平精度的主要因素[4]。

3 溫度補(bǔ)償模型建立

為了減少加速度計(jì)的零偏變化量對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)精度的影響，有效可行的方法是對(duì)零偏誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償[5]，而實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)那疤崾且阎闫`差的模型，故需要對(duì)加速度計(jì)的零偏進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，建立適于在線補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型[6]。模型公式如式(1)[7]：

y=b0+b1*X+b2*X2+b3*X3

+b4*X4+…+bm*Xn

(1)

y為加速度計(jì)零偏補(bǔ)償量；X為捷聯(lián)系統(tǒng)溫度值；b0，b1，b2，b3，…，bm為常數(shù)。

通過一組試驗(yàn)來分析加速度計(jì)的零偏隨溫度的變化規(guī)律。

加速度計(jì)的零偏隨溫度的變化如圖1和圖2所示。

圖1 北向加速度計(jì)零偏溫度曲線

從圖1和圖2可以看出加速度計(jì)的零偏溫度變化曲線(-30℃～+70℃)周期性呈近似線性變化。

在實(shí)際工程應(yīng)用中考慮到系統(tǒng)對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，故選取合適的階數(shù)使之滿足系統(tǒng)精度要求即可。根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)和加速度計(jì)零偏溫度變化曲線，對(duì)模型式(1)進(jìn)行工程應(yīng)用改進(jìn)，采用三階即可，得到式(2)[8]。

y=b0+b1*X+b2*X2+b3*X3

(2)

圖2 東向加速度計(jì)零偏溫度曲線

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行一階擬合，二階擬合，三階擬合，計(jì)算數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 北向加速度計(jì)零偏溫度曲線擬合圖表

表2 東向加速度計(jì)零偏溫度曲線擬合圖表

從表1、2數(shù)據(jù)可以看出對(duì)加速度計(jì)零偏進(jìn)行一階擬合，二階擬合，三階擬合都可以滿足捷聯(lián)系統(tǒng)要求[9]，工程應(yīng)用中考慮到計(jì)算量，計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)等影響，因此對(duì)加速度計(jì)零偏溫度變化曲線采用一階擬合，修正后的誤差模型為下式：

y=b0+b1*X

(3)

4 結(jié)語(yǔ)

通過上述分析解算建立的工程應(yīng)用模型，對(duì)加速度計(jì)零偏從軟件上進(jìn)行了溫度補(bǔ)償，為驗(yàn)證溫度補(bǔ)償效果，在水平的高低溫箱中進(jìn)行了高低溫試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)的結(jié)果滿足性能指標(biāo)要求，證明對(duì)慣性測(cè)量元件加速度計(jì)零偏值采用軟件溫度補(bǔ)償方法是有效可行的，能大大減小了溫度變化對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)精度的影響。

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Temperature Compensation Method for Optic Strapdown Inertial Navigation System

WANG Yi

(Military Representative Bureau of Naval Equipment Department in Chongqing, Chongqing 400042)

The effects of inertial measturement unit on the accuracy of strapdown inertial navigation system are analyzed, then the temperature compensation method is brought out and the mathematical model for engineering is established with test, finally the proposed compensation method is validated by test.

optic strapdown inertial navigation system, temperature compensation, model, test

2014年5月6日,

2014年6月25日 作者簡(jiǎn)介:王毅,男,工程師,研究方向:電子裝備研制,生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)督。

TN253

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.014