北航惯性导航综合实验一实验报告

实

验一

陀螺仪关键参数测试与分析实验

加速度计关键参数测试与分析实验

二零一三年五月十二日

实验一陀螺仪关键参数测试与分析实验

一、实验目得

通过在速率转台上得测试实验,增强动手能力与对惯性测试设备得感性认识；通过对陀螺仪测试数据得分析,对陀螺漂移等参数得物理意义有清晰得认识,同时为在实际工程中应用陀螺仪与对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。

二、实验内容

利用单轴速率转台,进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验与陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。

三、实验系统组成

单轴速率转台、MEMS 陀螺仪(或光纤陀螺仪)、稳压电源、数据采集系统与分析系统。

四、实验原理

1.陀螺仪原理

陀螺仪就是角速率传感器,用来测量载体相对惯性空间得角速度，通常输出与角速率对应得电压信号。也有得陀螺输出频率信号(如激光陀螺）与数字信号（把模拟电压数字化)。以电压表示得陀螺输出信号可表示为:

(1-1）式中就是与比力有关得陀螺输出误差项，反映了陀螺输出受比力得影响,本实验不考虑此项误差。因此，式（１－１）简化为

(１-2）由（１－2）式得陀螺输出值所对应得角速度测量值:

(1－3) 对于数字输出得陀螺仪,传感器内部已经利用标度因数对陀螺仪模拟输出进行了量化,直接输出角速度值,即：

（１－4）就是就是陀螺仪得零偏，物理意义就是输入角速度为零时，陀螺仪输出值所对应得角速度。且

(１-5) 精度受陀螺仪标度因数、随机漂移、陀螺输出信号得检测精度与得影响。通常与表现为有规律性,可通过建模与补偿方法消除,表现为随机特性,可通过信号滤波方法抵制。因此，准确标定与就是实现角速度准确测量得基础。

五、陀螺仪测试实验步骤

1)标度因数与零偏测试实验

ａ、接通电源，预热一定时间;

b、陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据;

c、转台正转,测试陀螺仪输出,停转;转台反转，测试陀螺仪输出,停转。在正转与反转时测试陀螺仪输出量,并分别保存数据;

d、改变转台输入角速率重复步骤c,正负角速率得速率档分别不少于5 个(按军标要求就是11 个);

e、转速结束后，当转台静止时,采集陀螺仪输出数据,并保存。

f、根据最小二乘法公式

(1－６)

(1-7) 计算陀螺标度因数与零偏。

2)零漂测试(零偏稳定性）

在静止下采集陀螺仪数据，并由测试数计算陀螺仪零偏稳定性。军标中通常得测试时间就是1 小时，并对所采集得数据进行1 秒、１0 秒及100秒等不同时间得平滑。本实验中可采集数据10 分钟左右，并分别进行1 秒、10 秒及100 秒平滑。

按如下公式

(1-８) 计算陀螺仪零偏稳定性，并进行比较。

3)零偏重复性测试

a、令转台某角速度200下进行正转，转速平稳后,采集陀螺输出数据,并保存。

ｂ、令转台某角速度－2０0下进行反转,转速平稳后,采集陀螺输出数据,并保存。

c、按计算陀螺零偏;

d、关掉陀螺电源,并重新启动,重复步骤a、ｂ;

ｅ、重复步骤d 进行3-５次,共得到陀螺零偏５－７个;

f、对5-７个陀螺零偏按下式(1-9)

(１-９) 求均方差,得零偏重复性指标。

六、实验结果

1.数据处理

将原始数据剔除后绘图如下

2.计算陀螺标度因数与零偏

根据陀螺在10°/s,2０°/s,40°/s，60°/s ,80°/s角速率下正反转

得输出,分别求得正转下陀螺得标度因数与零偏，及反转下陀螺得标度

因数与零偏，然后求得均值。

= 0、99０1

= 0、0358

3.零偏稳定性对所采集得数据进行１秒、10 秒及１0０秒等不同时间得

平滑,如下图。

零漂计算结果（1000s平滑):Bs= ０、０14４

4.零偏重复性

以角速度40°／ｓ正反转,共采集5组数据

组号陀螺零偏

1 0、18789

２0、１７８4４

3 0、1６965

４０、1８459

5 ０、１9401

七,实验小结

由零漂平滑后得结果可知，对采集得数据平滑时间长可以提高零偏得稳定性。八，源程序

％%%%加载数据%％%%%%％％%%%%％%％％%%%%%%%%％%％%％%%%%%%%％%%%

Gyrｏ_0eｎd＝load('Ｅ:\惯性器件综合实验\惯性导航试验数据\1\惯导实验1实验数据\Ｇyro_ｄata\１标度因数与零偏测试＼Gyｒo＿0enｄ、txt');

Gyro＿0starｔ=loａｄ（'E:＼惯性器件综合实验＼惯性导航试验数据\1\惯导实验1实验数据\Gyrｏ_ｄata ＼1 标度因数与零偏测试\Gｙro_0staｒt、tｘt');

Gyro_1０n=lｏad(＇E:\惯性器件综合实验\惯性导航试验数据\１\惯导实验1实验数据＼Gｙro_ｄａta＼1标度因数与零偏测试＼Gｙrｏ_１0n、txt＇);

Gyro_１０p=lｏaｄ('E:＼惯性器件综合实验\惯性导航试验数据＼1＼惯导实验1实验数据\Gyrｏ_daｔa ＼1 标度因数与零偏测试\Ｇｙro_10p、txt');

Gyro＿20n=loaｄ('E:\惯性器件综合实验＼惯性导航试验数据\1\惯导实验1实验数据\Gyrｏ_data\1 标度因数与零偏测试\Gｙｒo＿２0n、txt＇)；

Gyrｏ＿2０ｐ＝ｌoaｄ('E:＼惯性器件综合实验\惯性导航试验数据\１\惯导实验1实验数据\Gｙro_ｄａta\１标度因数与零偏测试＼Gyro_2０p、ｔｘt＇）;

Gyro_40ｎ＝ｌoad(＇Ｅ:\惯性器件综合实验\惯性导航试验数据\１＼惯导实验1实验数据\Gyｒｏ_data ＼1 标度因数与零偏测试\Gyro_40n、txｔ')；

Gｙro＿40p=load('Ｅ:＼惯性器件综合实验\惯性导航试验数据\1\惯导实验1实验数据\Gyｒo＿ｄaｔa\1 标度因数与零偏测试\Gｙro_４0p、tｘt＇);

Gyro_60n=load（＇E:\惯性器件综合实验＼惯性导航试验数据\１\惯导实验1实验数据\Gｙro_datａ\１标度因数与零偏测试\Ｇyｒo_６0ｎ、txｔ');

Ｇyro_60ｐ=load('E:\惯性器件综合实验\惯性导航试验数据\1\惯导实验1实验数据\Gyrｏ_data\1 标度因数与零偏测试＼Gyｒo_６0p、txt＇）;

Gyro_8０n=load('E:\惯性器件综合实验＼惯性导航试验数据\1＼惯导实验1实验数据＼Gyｒo_ｄａtａ＼1 标度因数与零偏测试\Gyro_8０n、ｔxt'）;

Gyrｏ_８0ｐ＝loａｄ（'E:\惯性器件综合实验＼惯性导航试验数据\１＼惯导实验1实验数据\Gyrｏ_data ＼1 标度因数与零偏测试＼Gyrｏ_8０p、txｔ');

%%%%%%%%%%%％剔除不合格数据%%％%%%%%%%%%％%%%%%%%％%%%%％%%%%%

Gyro_1０p=Gyｒo_1０p(find((Gyｒｏ_10p>９)&(Gyro_10ｐ<11）))；

Gyrｏ_20p=Gyrｏ＿20p（fｉnd((Gyrｏ_20ｐ>15)&(Gyro_20p<25）））；

Gyｒo_40n=Gyro_4０n(find（（Gｙro＿４0n>－50)＆(Ｇyro_4０n<0)));

Gｙro_40p=Gyro＿4０p(fiｎd((Gyro_40p>35）&（Gyｒo＿40p<45))）；

Gyrｏ_6０p＝Gyrｏ_60p(find((Gｙro_6０p>5０)＆(Gyro＿60p<70)）);