北航慣性導(dǎo)航綜合實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、.實(shí)驗(yàn)一陀螺儀關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)加速度計(jì)關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)二零一三年五月十二日實(shí)驗(yàn)一 陀螺儀關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)在速率轉(zhuǎn)臺(tái)上的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)動(dòng)手能力和對(duì)慣性測(cè)試設(shè)備的感性認(rèn)識(shí)；通過(guò)對(duì)陀螺儀測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，對(duì)陀螺漂移等參數(shù)的物理意義有清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為在實(shí)際工程中應(yīng)用陀螺儀和對(duì)陀螺儀進(jìn)行誤差建模與補(bǔ)償?shù)於ɑA(chǔ)。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 利用單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)，進(jìn)行陀螺儀標(biāo)度因數(shù)測(cè)試、零偏測(cè)試、零偏重復(fù)性測(cè)試、零漂測(cè)試實(shí)驗(yàn)和陀螺儀標(biāo)度因數(shù)與零偏建模、誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。三、 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成 單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)、MEMS 陀螺儀（或光纖陀螺儀）、穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與分析系統(tǒng)。四、 實(shí)驗(yàn)原理 1.

2、陀螺儀原理陀螺儀是角速率傳感器，用來(lái)測(cè)量載體相對(duì)慣性空間的角速度，通常輸出與角速率對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。也有的陀螺輸出頻率信號(hào)（如激光陀螺）和數(shù)字信號(hào)（把模擬電壓數(shù)字化）。以電壓表示的陀螺輸出信號(hào)可表示為： (1-1)式中是與比力有關(guān)的陀螺輸出誤差項(xiàng)，反映了陀螺輸出受比力的影響，本實(shí)驗(yàn)不考慮此項(xiàng)誤差。因此，式（1-1）簡(jiǎn)化為 (1-2)由（1-2）式得陀螺輸出值所對(duì)應(yīng)的角速度測(cè)量值： (1-3)對(duì)于數(shù)字輸出的陀螺儀，傳感器內(nèi)部已經(jīng)利用標(biāo)度因數(shù)對(duì)陀螺儀模擬輸出進(jìn)行了量化，直接輸出角速度值，即： (1-4)是是陀螺儀的零偏，物理意義是輸入角速度為零時(shí)，陀螺儀輸出值所對(duì)應(yīng)的角速度。且 (1-5)精度受陀螺

3、儀標(biāo)度因數(shù)、隨機(jī)漂移、陀螺輸出信號(hào)的檢測(cè)精度和的影響。通常和表現(xiàn)為有規(guī)律性，可通過(guò)建模與補(bǔ)償方法消除，表現(xiàn)為隨機(jī)特性，可通過(guò)信號(hào)濾波方法抵制。因此，準(zhǔn)確標(biāo)定和是實(shí)現(xiàn)角速度準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)。五、 陀螺儀測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟1) 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試實(shí)驗(yàn)a. 接通電源，預(yù)熱一定時(shí)間；b. 陀螺工作穩(wěn)定后，測(cè)量靜止情況下陀螺輸出并保存數(shù)據(jù)；c. 轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)，測(cè)試陀螺儀輸出，停轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)，測(cè)試陀螺儀輸出，停轉(zhuǎn)。在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)試陀螺儀輸出量，并分別保存數(shù)據(jù)；d. 改變轉(zhuǎn)臺(tái)輸入角速率重復(fù)步驟c，正負(fù)角速率的速率檔分別不少于5 個(gè)（按軍標(biāo)要求是11 個(gè)）；e. 轉(zhuǎn)速結(jié)束后，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)靜止時(shí)，采集陀螺儀輸出數(shù)據(jù)，并保存。f

4、.根據(jù)最小二乘法公式 (1-6) (1-7)計(jì)算陀螺標(biāo)度因數(shù)和零偏。2) 零漂測(cè)試（零偏穩(wěn)定性）在靜止下采集陀螺儀數(shù)據(jù)，并由測(cè)試數(shù)計(jì)算陀螺儀零偏穩(wěn)定性。軍標(biāo)中通常的測(cè)試時(shí)間是1 小時(shí)，并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行1 秒、10 秒及100秒等不同時(shí)間的平滑。本實(shí)驗(yàn)中可采集數(shù)據(jù)10 分鐘左右，并分別進(jìn)行1 秒、10 秒及100 秒平滑。按如下公式 (1-8)計(jì)算陀螺儀零偏穩(wěn)定性，并進(jìn)行比較。3) 零偏重復(fù)性測(cè)試a. 令轉(zhuǎn)臺(tái)某角速度200下進(jìn)行正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，采集陀螺輸出數(shù)據(jù)，并保存。b. 令轉(zhuǎn)臺(tái)某角速度-200下進(jìn)行反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)后，采集陀螺輸出數(shù)據(jù)，并保存。c. 按計(jì)算陀螺零偏；d. 關(guān)掉陀螺電源，并

5、重新啟動(dòng)，重復(fù)步驟a、b；e. 重復(fù)步驟d 進(jìn)行3-5 次，共得到陀螺零偏5-7 個(gè)；f. 對(duì)5-7個(gè)陀螺零偏按下式(1-9) (1-9)求均方差，得零偏重復(fù)性指標(biāo)。六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 數(shù)據(jù)處理將原始數(shù)據(jù)剔除后繪圖如下2. 計(jì)算陀螺標(biāo)度因數(shù)和零偏根據(jù)陀螺在10/s，20/s，40/s，60/s ，80/s角速率下正反轉(zhuǎn)的輸出，分別求得正轉(zhuǎn)下陀螺的標(biāo)度因數(shù)和零偏，及反轉(zhuǎn)下陀螺的標(biāo)度因數(shù)和零偏，然后求的均值。 = 0.9901 = 0.03583. 零偏穩(wěn)定性對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行1 秒、10 秒及100秒等不同時(shí)間的平滑，如下圖。零漂計(jì)算結(jié)果（1000s平滑）：Bs= 0.0144 4. 零偏重復(fù)性

6、以角速度40/s正反轉(zhuǎn)，共采集5組數(shù)據(jù)組號(hào)陀螺零偏10.1878920.1784430.1696540.1845950.19401零偏重復(fù)性：0.009309七，實(shí)驗(yàn)小結(jié)由零漂平滑后的結(jié)果可知，對(duì)采集的數(shù)據(jù)平滑時(shí)間長(zhǎng)可以提高零偏的穩(wěn)定性。八，源程序%加載數(shù)據(jù)%Gyro_0end=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_0end.txt);Gyro_0start=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_0start.txt);Gyro_10n=l

7、oad(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_10n.txt);Gyro_10p=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_10p.txt);Gyro_20n=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_20n.txt);Gyro_20p=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_20p.txt);Gyro_4

8、0n=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_40n.txt);Gyro_40p=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_40p.txt);Gyro_60n=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_60n.txt);Gyro_60p=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_60p.txt);Gy

9、ro_80n=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_80n.txt);Gyro_80p=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Gyro_data1 標(biāo)度因數(shù)和零偏測(cè)試Gyro_80p.txt);%剔除不合格數(shù)據(jù)%Gyro_10p=Gyro_10p(find(Gyro_10p9)&(Gyro_10p15)&(Gyro_20p-50)&(Gyro_40n35)&(Gyro_40p50)&(Gyro_60p70)&(Gyro_80p-0.8)&(Gyro_result-50)&(Gyro135)

10、&(Gyro3-2)&(A0-1)&(A600)&(A900)&(A1200)&(A1800)&(A270-1)&(A3001.5); plot (A120, DisplayName, A120, YDataSource, A120); hold all; plot (A150, DisplayName, A150, YDataSource, A150); plot (A180, DisplayName, A180, YDataSource, A180); plot (A210, DisplayName, A210, YDataSource, A210); plot (A240, Displa

11、yName, A240, YDataSource, A240); plot (A270, DisplayName, A270, YDataSource, A270); plot (A30, DisplayName, A30, YDataSource, A30); plot (A300, DisplayName, A300, YDataSource, A300); plot (A330, DisplayName, A330, YDataSource, A330); plot (A60, DisplayName, A60, YDataSource, A60); plot (A90, Display

12、Name, A90, YDataSource, A90); hold off; figure(gcf)title(剔除數(shù)據(jù)后,fontsize,12);%5555計(jì)算標(biāo)度因數(shù)%5f0=mean(A0);f30=mean(A30);f60=mean(A60);f90=mean(A90);f120=mean(A120);f150=mean(A150);f180=mean(A180);f210=mean(A210);f240=mean(A240);f270=mean(A270);f300=mean(A300);f330=mean(A330);%求正轉(zhuǎn)標(biāo)度因數(shù)%F= f0 f30 f60 f90 f1

13、20 f150 f180 f210 f240 f270 f300 f330; %以指向地心為初始零度A= 1 1*cos(pi/6) 1*cos(pi/3) 1*cos(pi/2) 1*cos(pi*2/3) 1*cos(pi*5/6) 1*cos(pi) 1*cos(pi*7/6) 1*cos(pi*4/3) 1*cos(pi*3/2) 1*cos(5/3*pi) 1*cos(22/12*pi);J=1*f0 1*cos(pi/6)*f30 1*cos(pi/3)*f60 1*cos(pi/2)*f90 1*cos(pi*2/3)*f120 1*cos(pi*5/6)*f150 1*cos(

14、pi)*f180 1*cos(pi*7/6)*f210 1*cos(pi*4/3)*f240 1*cos(pi*3/2)*f270 1*cos(5/3*pi)*f300 1*cos(22/12*pi)*f330 ;KG0=(sum(J)-(sum(F)*sum(A)/12)/(sum(A.2)-(sum(A)*sum(F)/12); %KG0=-1.0159%求零偏%55F01=sum(F)/12-KG0*sum(A)/12;%F01=-0.036595%加載靜止時(shí)的數(shù)據(jù)%S1=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data2 偏置穩(wěn)定性測(cè)試偏置測(cè)試0度.t

15、xt);S2=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data2 偏置穩(wěn)定性測(cè)試偏置測(cè)試180度.txt);ff0=(mean(S1)+mean(S2)/2; %ff0=-0.011212g%零偏重復(fù)性測(cè)試D10=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data3 加計(jì)偏置重復(fù)測(cè)試1_0.txt);D11=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data3 加計(jì)偏置重復(fù)測(cè)試1_180.txt);D20=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data3 加計(jì)偏置重復(fù)測(cè)試2_0.txt);D21=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data3 加計(jì)偏置重復(fù)測(cè)試2_180.txt);D30=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data3 加計(jì)偏置重復(fù)測(cè)試3_0.txt);D31=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data3 加計(jì)偏置重復(fù)測(cè)試3_180.txt);D50=load(E:慣性器件綜合實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)1慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Acc_data3