消除基准倾斜对加速度计零偏标定影响的方法

　　1　引　言

　　不论平台式还是捷联式惯导系统,加速度计零位引起各项系统误差均为舒拉振荡分量,对导航位置及平台姿态具有常值分量误差[1]。可以说,平台姿态精度取决于加速度计的零位误差。在惯性测量单元(以下简称IMU)初始对准时,平台式惯导系统和捷联式惯导系统的水平对准精度取决于两个水平加速度计的零位输出[1,2]。由此可见,如何准确测量加速度计零位是一个很重要的问题,受到一些学者的关注[3,4,5]。文献[3,4]中利用系统辨识算法,借助转台或分度头,用加速度计标定多点法,提高了其零位和其他有关误差项的测量精度。但是,这种利用转台或分度头标定加速度计的方法,常用于加速度计的鉴定和验收过程中。当加速度计被装入IMU后,由于安装基准的变化,不得不重新标定之。因IMU重量、体积和作战准备时间要求等原因的限制,不可能再用一般的高精度分度头和转台进行加速度计多点法标定,而是利用平板上加速度计四位置标定法。事实上,正是这一标定结果被装定到弹(机)载计算机内,用于导航计算。文中针对捷联惯导系统,提出一种新方法,仅利用一般的标定平板,可以消除基准倾斜对加速度计零位标定带来的误差。通过对某捷联型号的三套IMU测试数据的分析,表明测试结果与文中结论吻合良好,证明了方法的正确性。并且可以直接推广用于平台系统加速度计的零位标定。

　　2　加速度计误差模型和坐标系定义

　　2.1　误差模型

　　静态加速度计误差模型有多种,文中选取一种标准模型[1]:

　(1)

　　其中:N——加速度计在单位时间内输出的脉冲数(^ /s);

　　K0——零位偏值(^ /s);

　　K1——刻度因子(^ /s.g);

　　K2——二阶非线性误差系数(^ /s.g2);

　　K3——三阶非线性误差系数(^ /s.g3);

　　K4、K5——交叉耦合系数(^ /s.g2);

　　Ai、Ap、Ao——沿加速度计输入轴、摆轴及输出轴作用的比力(g)。

　　目前,一些中近程导弹的IMU也都使用了中高精度加速度计,其零位偏值稳定性为1×-10×。为了配合这种精度的加速度计,与其配套的V/F变换的填充频率也提高了许多,这使得加速度计分辨率很高,对基准的较小倾斜也有明显输出,也就是说刻度因子K1有较大的值。同时,一般导航用加速度计的K2、K3、K4、K5值是比较小的。

　　2.2　坐标系定义

　　OXgYgZg:当地地理坐标系。

　　OXpYpZp:标定平板坐标系。OYpZp为平板面,因调节误差,Xp与Xg有夹角α(为简单起见,先考虑一维夹角情况,再将讨论结果向空间夹角情况推广),即先认为OYp与OYg重合。目的就是要消除α角对加速度计零位标定带来的影响。