基础振动影响下微g加速度计静态数学模型辨识

　　0　引言

　　加速度计的测试结果不仅与加速度计本身的性能有关。还与环境条件有关,在环境条件中最主要的是温度和基础振动。本文只讨论基础振动对微g加速度计测试结果的影响。根据设备安装地实测数据,基础振动是低频各态遍历的零均值随机信号,经隔振后信号幅值为±(5×10-7～2×10-5)m/s2,频率范围0～30 Hz。引进的微g加速度计校准装置测量加速度范围为±(5×10-7～2)m/s2,频率范围与基础振动相同,基础振动通过校准装置的摆台与摆台产生的标准加速度一同作为被校加速度计的输入信号,导致标准信号或被基础振动信号淹没,或二者的信噪比极低。对于加速度在±(5×10-7～2×10-4)m/s2范围,由于微g加速度计标准装置加速度相对不确定度为0.011～0.41,则干扰加速度造成的误差达到10%～1000%,由此可见基础振动是影响微g加速度计测量精度的重要因素,所以必须在微g加速度计数学模型辨识中进行补偿。

　　1　基础振动对微g加速度计的影响

　　基础振动包含两个部分:一是大地的脉动引起基础的倾斜;二是基础的线振动。它们是影响加速度计数学模型辨识的主要因素。

　　基础的线振动是随机振动,经由实验台体传递到加速度计三维坐标系的I轴、O轴和P轴,使得加速度计的三个轴上均有其分量值。从而使得加速度计静态数学模型中的aI,aO,aP的值或增或减,影响模型各系数辨识精度。

　　大地脉动也是随机振动,这种振动会引起基础的倾斜,从而导致校准装置台体的倾斜。校准装置台体的倾斜只是改变重力加速度在加速度计三个轴上的输入分量gI,gO和gP,加速度计的数学模型并不改变。现设加速度计的初始安装状态如图1所示。

　　大地脉动引起校准装置台体东西方向倾斜θ1角,相当于X轴、Z轴绕Y轴旋转θ1角,大地脉动引起校准装置台体南北方向倾斜θ2角,相当于Y轴、Z轴绕X轴旋转θ2角,综合考虑东西倾斜θ1角,南北倾斜θ2角,由欧拉角定理可知,重力加速度在加速度计三个轴上的分量gI,gO和gP为

　　但由于基础的线振动和大地的脉动引起基础的倾斜都是随机的,所以本文将以上两种情况融合于一体,在名称上统称为基础振动的影响,在处理方法上将它们作为随机噪声进行处理。

　　2　滤除有用信号中的基础振动噪声

　　校准装置的摆台提供正弦信号,由于基础的随机振动,加速度计将基础振动的噪声信号和外加激励的标准正弦信号一同作为输入,并得到相应的输出。由线性系统的特点可知,周期信号经系统后,所得的信号仍为周期信号,只是幅值和相位发生改变。这样加速度计的输出信号也是周期信号和噪声信号的混合,利用自相关函数可以将噪声滤除,并且可以求出输入和输出信号的幅值。