北航研究生惯性导航技术综合实验报告

角 速 率 （ /°s）
按照公式： Bs
1 KG
1 n n 1 i1
Fi F
2
1/ 2
，计算零漂，结果为：
1 秒平滑零漂 10 秒平滑零漂 100 秒平滑零漂
0.0214°/s 0.0075°/s 0.0028°/s
2
计算源程序：
d1=sum(reshape(data,5,[]))/5;
角 速 率 （ /°s）
角 速 率 （ /°s）
-0.9 1s平 滑
-1
-1.1 0
-0.95 -1
100
200
300
400
500
600
时 间 /s
10s平 滑
-1.05 0
-1 -1.02
100
200
300
400
500
600
时 间 /s
100s平 滑
-1.04 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 时 间 /s
4. 零偏重复性测试 a. 令转台某角速度下进行正转，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 个陀螺零偏求均方差，得零偏重复性指标。
三、实验仪器
双轴位置转台、MEMS 加速度计、稳压电源、数据采集系统和分析系统。
四、实验步骤
1. 测试前工作 a．把加速度计安装到转台上，使其敏感轴垂直于工作台面； b．连接加速度计的各信号线和电源线； c．测试加速度计电缆是否正常连接； d．检查加速度计 5V 电源是否正常； e．启动数据采集与测试系统，并检查是否正常，正常后关闭。
1 M
KM
FA0 M
j1 Fj M
ij
j 1
KA 1.0029 FA0 -0.0018
计算源程序：
Fj=sum(data)/95;
sta=[0 pi/3 2*pi/3 pi 4*pi/3 5*pi/3];
Aj=9.7803267714*cos(sta);
KA=(sum(Aj.*Fj)-sum(Aj)*sum(Fj)/6)/(sum(Aj.^2)-(sum(Aj))^2/6)
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 实验和陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。
三、实验仪器
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、实验步骤
1. 测试前工作 a．把陀螺仪安装到转台上，使其敏感轴垂直于工作台面； b．连接陀螺仪的各信号线和电源线； c．测试陀螺仪电缆是否正常连接； d．检查陀螺仪 5V 电源是否正常； e．启动数据采集与测试系统，并检查是否正常，正常后关闭。
2. 零漂测试结果 在静止下采集陀螺仪数据，并由测试数据计算陀螺仪零偏稳定性。军标中通常的测试
时间是 1 小时，并对所采集的数据进行 1 秒、10 秒及 100 秒等不同时间的平滑。本实验中 采集数据时间为 10 分钟（数据见附件“10 分钟静态.xlsx”），并分别进行 1 秒、10 秒及 100 秒平滑，平滑结果如下图所示。
M
ij
j 1
Fj
1 M
M
ij
j 1
M
Fj
j 1
2
M i2j
j 1
1 M
M
ij
j 1
计算结果为：
F0
1 M
M j 1
Fj
KG M
M
ij
j 1
KG 1.0188 F0 0.0538
计算源程序： N=20; fj=sum(data)/N; Fj=fj(1:10)-(fj(11)+fj(12))/2; w=[20,-20,40,-40,60,-60,80,-80,100,-100]; K=(sum(w.*Fj)-sum(w)*sum(Fj)/10)/(sum(w.^2)-(sum(w))^2/10); F0=sum(Fj)/10-K/10*sum(w);
五、实验数据处理
1. 标度因数和零偏测试结果 实验中分别测量并记录了在转台输入角速率为 50、100、150、200、250°/s 正反转，以
及静止条件下的陀螺输出值，数据在“1.1”文件夹中，然后对数据进行处理，得到各输入
1
角速率下的陀螺输出值，最后按下式进行最小二乘拟合得到标度因数和零偏。
KG
——1/2/3”中，共测量 6 组，每一组采用 1s 平滑，计算漂结果如下表所示：
组号
陀螺零漂 °/s
1
0.0985
2
0.0942
3
0.1159
4
0.1519
5
0.0887
6
0.0960
由式
Br
1
Q
1
Q i 1
B0i B0
1/ 2
2
得零偏重复性为：
Br 0.0236
3
计算源程序： d1=sum(reshape(data(:,1),5,[]))/5; d2=sum(reshape(data(:,2),5,[]))/5; d3=sum(reshape(data(:,3),5,[]))/5; d4=sum(reshape(data(:,4),5,[]))/5; d5=sum(reshape(data(:,5),5,[]))/5; d6=sum(reshape(data(:,6),5,[]))/5; B(1)=sqrt(sum((d1-mean(d1)).^2)/19)/1.0188; B(2)=sqrt(sum((d2-mean(d2)).^2)/19)/1.0188; B(3)=sqrt(sum((d3-mean(d3)).^2)/19)/1.0188; B(4)=sqrt(sum((d4-mean(d4)).^2)/19)/1.0188; B(5)=sqrt(sum((d5-mean(d5)).^2)/19)/1.0188; B(6)=sqrt(sum((d6-mean(d6)).^2)/19)/1.0188; Br=sqrt(sum((B-mean(B)).^2)/5)
set(p,'LineWidth',2)
B1=sqrt(sum((d1-mean(d1)).^2)/599)/1.0188
B10=sqrt(sum((d10-mean(d10)).^2)/59)/1.0188
B100=sqrt(sum((d100-mean(d100)).^2)/5)/1.0188
3. 零偏重复性测试结果 实验中令转台在角速度 300°/s 下正反转测试零偏重复性，测试数据整理在“1.1 的 300+/-
2. 标度因数和零偏测试实验 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。在正转和
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，正负角速率的速率档分别不少于 5 个（按军标要
1.2 加速度关键参数测试与分析实验
一、实验目的
通过在位置转台上的测试实验，增强动手能力和对惯性测试设备的感性认识；通过对
4
加速度计测试数据的分析，对比力、加速度计标度因数和偏置等参数的物理意义有清晰的认 识。为在实际工程中应用加速度计和对加速度计进行误差建模与补偿奠定基础。
二、实验内容
利用双轴位置转台，进行加速度计标度因数测试、偏置测试、偏置重复性测试和加速 度计标度因数与偏置建模、误差补偿实验。
FA0=sum(Fj)/6-KA/6*sum(Aj) 2. 偏置重复性测试结果
采用方法 2 计算偏置，实验数据整理在文件 “加计偏置重复性.xlsx”中，采用以下两 式计算：
1
f0 2 *
f f
Br
1
Q
1
Q i 1
B0i B0
1/ 2
2
得零偏重复性为：
Br 0.0401
计算源程序： Fj=sum(data)/20; B0=(Fj(1:2:end)+Fj(2:2:end))/2; Br=sqrt(sum((B0-mean(B0)).^2)/4)
三、实验仪器
单轴速率位置转台、MEMS 惯性测量单元、稳压电源、数据采集系统。
四、实验步骤
1）陀螺安装误差测试实验
1. 测试前工作 a．把已固定到工装夹具上的 IMU 安装到速率转台上，使陀螺 Z 轴垂直于工作台面； b. 连接 IMU 的各信号与电源线； c. 测试 IMU 电缆是正常连接； d. 检查 IMU 供电是否正常； e. 启动数据采集与测试系统并检查是否正常，正常后关闭。
惯性导航技术综合实验
学号： 姓名：
仪器科学与光电工程学院 2016 年 5 月
1.1 陀螺仪关键参数测试与分析实验
一、实验目的
0
通过在速率转台上的测试实验，增强动手能力和对惯性测试设备的感性认识；通过对陀 螺仪测试数据的分析，对陀螺漂移等参数的物理意义有清晰的认识，同时为在实际工程中应 用陀螺仪和对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。
求是 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. 计算陀螺标度因数和零偏。
3. 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。军标中通常的测试时间
是 1 小时，并对所采集的数据进行 1 秒、10 秒及 100 秒等不同时间的平滑。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。计算陀螺仪零偏稳定性，并 进行比较。