一種加速度計自旋修正系數(shù)標定方法

關偉 林鎮(zhèn)明 韋彩色 賀中武

摘要：針對國軍標中加速度計自旋修正系數(shù)標定方法原理和數(shù)據(jù)處理方法不明確的問題，從加速度計誤差模型出發(fā)，推導了自旋修正系數(shù)的標定模型，提出了一種新的自旋修正系數(shù)標定方法及其實施步驟。不同于現(xiàn)有標定方法，該方法不需使用加速度計誤差模型中其他系數(shù)的標定結果，也不需使用復雜的數(shù)據(jù)擬合方法。

關鍵詞：加速度計；誤差模型；自旋修正系數(shù)；標定方法

Keywords：accelerometer；error model；spin correction coefficient；calibration method

0 引言

加速度計是旋轉彈高精度飛行姿態(tài)測量和精確打擊的關鍵部件，因其結構特性、裝配誤差等“內在原因”，存在自旋修正系數(shù)誤差和角加速度誤差兩種角運動誤差[1，2]。目前，常規(guī)高速旋轉彈沿彈體軸向的轉速可達7200°/s甚至更高，導致角運動誤差量級增加，進一步提升了加速度計角運動誤差補償?shù)闹匾訹3，4]。

研究表明，當加速度計輸入軸與擺軸方向的角速度分量均為施加在加速度計上的角速度幅值的0.707倍時，自旋修正系數(shù)誤差幅值最大[5]。GJB 1037A中提出了使加速度計繞加速度計兩個軸的角平分線方向轉動的安裝方案，并提出了概括性的標定流程[1]。但是，一方面，該標定方法中僅要求以相同大小的角速度分別正反轉激勵加速度計，沒有詳細論述標定的原理和數(shù)據(jù)處理方法，不便于指導實際操作；另一方面，該標定方法需要使用由其他標定試驗獲得的加速度計模型中的非線性系數(shù)，存在引入其他標定誤差的風險。

因此，本文采用GJB 1037A提出的安裝方案，根據(jù)加速度計的誤差模型，建立加速度計自旋修正系數(shù)的標定模型，提出一種可獨立實施的加速度計自旋修正系數(shù)標定方法，并給出相應的標定流程和數(shù)據(jù)處理方法。

1 加速度計誤差模型

以單軸加速度計為例，建立誤差模型，首先給出單軸加速度計的坐標系，如圖1所示。該坐標系為直角指標系，由輸入軸（IA）、輸出軸（OA）和擺軸（PA）組成。

2.2 自旋修正系數(shù)標定流程

根據(jù)標定模型的推導過程，結合實際操作的步驟，得到加速度計繞IA軸與PA軸角平分線旋轉時自旋修正系數(shù)的標定流程。

1）將加速度計安裝在專用夾具上，夾具與單軸轉臺安裝面固定連接，使加速度計IA軸和PA軸的角平分線與單軸轉臺轉軸線重合。

6）鎖定轉臺，保持加速度計通電，開始靜態(tài)標定，按產(chǎn)品技術條件采集加速度計輸出信號，采集時間為T秒，然后停止采集，設輸出數(shù)據(jù)序列為U5。

7）鎖定轉臺，斷開轉臺電源，然后斷開加速度計電源，停止標定。

標定流程中所得數(shù)據(jù)序列及對應的數(shù)據(jù)處理方法如表1所示。

從方法上看，各輸出數(shù)據(jù)序列的處理方法都是取時域平均值。但需要注意的是，對速率標定過程采集的數(shù)據(jù)序列要求是進行整周期平均。因此，在速率標定過程中，對數(shù)據(jù)采集時間要嚴格保證，否則容易產(chǎn)生測試誤差。根據(jù)以上處理結果，按式和式計算以角速度 旋轉時的偏值變化量：

3 結論

標定自旋修正系數(shù)對于旋轉彈用加速度計的使用有重要意義。本文論述的標定方法建立在加速度計誤差模型基礎上，有詳細的數(shù)學模型推導，比國家軍用標準給出的標定流程更具體、更有操作性，且不需使用由其他標定試驗的數(shù)據(jù)，能夠獨立開展。根據(jù)加速度計在載體上的安裝方式不同，可以借鑒本文的推導分析過程和標定流程，設計相應的自旋修正系數(shù)誤差標定方法。需要注意的是，數(shù)據(jù)采集時間的設置要根據(jù)施加到加速度計上的轉速進行針對性修改，以保證滿足時域信號整周期平均計算的要求。

考文獻

[1] GJB 1037A-2004單軸擺式伺服線加速度計試驗方法[S]. 2004.

[2]陸元九.慣性器件（下）[M].北京：中國宇航出版社，1993.

[3] 范成葉，李杰，景增增，等. 旋轉彈用三軸加速度計安裝位置誤差標定補償技術[J].傳感技術學報，2013，26（10）：1352-1356.

[4] 楊文卿，李杰，李文豪.旋轉彈轉速測量系統(tǒng)設計[J].計量學報，2019，40（1）：106-110.

[5] IEEE 1293-1998（R2008） Standard specification format guide and test procedure for linear，single-axis，nongyroscopic accelerometers [S]. 2008.