基于十二加速度计实用配置方案与解耦算法研究

　　0　引　言

　　无陀螺惯性测量组合[1, 2](gyroscope-free inertialmea-surementunit,GFIMU)是指惯性测量组合中不使用陀螺测量角速度,而是利用线加速度计测量线加速度的同时,根据 线加速度计的空间位置组合解算出角速度,从而得到惯性测量的全部参数,达到惯性导航的目的。GFIMU具有抗高gn值冲击、低功耗、低成本的特点,适用于 某些制导时间不长,精度要求不高的武器。

　　目前的研究多集中于六加速度计方案和九加速度计方案,六加速度计方案为满足系统测试要求的最低要求,然而,无论是六加速度计方案还是九加速度计 方案都不能抑制角速度解算随时间累积的积分误差问题[3, 4]。且由于加速度计本身的横向效应、承载加速度计的刚体精度、加速度计的安装等问题都会造成加速度计敏感轴的偏移,从而产生耦合效应[5],使得加速度 计的输出产生较大的误差,对角速度解算产生很大影响。

　　本文制做了十二加速度计配置方案实物模型,给出了2种抑制积分误差的角速度解算方法。并以文中方案为例进行了角速度仿真验证和实验验证。

　　1　十二加速度计GFIMU配置方案研究

　　在GFIMU中,载体系中安装在某一点的加速度计位置相对载体系不会变化,该点的输出加速度a可表示为

　　GFIMU数学模型的建立主要是通过改变加速度计个数、安装位置、敏感方向等以求出角运动项和惯组质心加速度项。目前国内外所研究的几种方案都 不同程度存在着各种缺陷,如,数学模型复杂、误差积累较快、工程难以实现等。所以,一个优化的加速度计配置方案是解决GFIMU各种问题的关键。

　　根据上述,将切向配置方案和法向配置方案相结合,则加速度计既可以敏感到角速度平方项,又可以敏感到角加速度项和角速度交叉项。十二加速度计配置方案如图1所示。

由于加速度计零点误差的存在和加速度计输出的随机误差不可能被完全消除,如果利用角加速度积分得到角速度的方法,将使角速度的解算随时间而发散,从 而使得后续的姿态解算严重失真,在十二加速度计配置方案中,可以获得充分的冗余信息,为使角速度的解算不发散,可以采用2种方法来求解角速度:

　　1)对角速度平方项开方,求得角速度的大小ωn,避免了对角加速度积分引入的积分误差,角速度的方向判别可依据如下原则

　　2　解耦算法

　　考虑到加速度计在安装时存在的方位误差等造成的耦合效应,即当沿加速度计输入轴方向无加速度而与输入轴正交的2个轴上存在加速度时,加速度计也 会产生输出,这种现象也称为加速度计间的交叉耦合。若以Ar表示GFIMU实际采回的加速度值,则实际采回的加速度Ar与真实加速度A之间的关系可以表述 为