一种加速度计自旋修正系数标定方法

关伟 林镇明 韦彩色 贺中武

摘要：针对国军标中加速度计自旋修正系数标定方法原理和数据处理方法不明确的问题，从加速度计误差模型出发，推导了自旋修正系数的标定模型，提出了一种新的自旋修正系数标定方法及其实施步骤。不同于现有标定方法，该方法不需使用加速度计误差模型中其他系数的标定结果，也不需使用复杂的数据拟合方法。

关键词：加速度计；误差模型；自旋修正系数；标定方法

Keywords：accelerometer；error model；spin correction coefficient；calibration method

0 引言

加速度計是旋转弹高精度飞行姿态测量和精确打击的关键部件，因其结构特性、装配误差等“内在原因”，存在自旋修正系数误差和角加速度误差两种角运动误差[1，2]。目前，常规高速旋转弹沿弹体轴向的转速可达7200°/s甚至更高，导致角运动误差量级增加，进一步提升了加速度计角运动误差补偿的重要性[3，4]。

研究表明，当加速度计输入轴与摆轴方向的角速度分量均为施加在加速度计上的角速度幅值的0.707倍时，自旋修正系数误差幅值最大[5]。GJB 1037A中提出了使加速度计绕加速度计两个轴的角平分线方向转动的安装方案，并提出了概括性的标定流程[1]。但是，一方面，该标定方法中仅要求以相同大小的角速度分别正反转激励加速度计，没有详细论述标定的原理和数据处理方法，不便于指导实际操作；另一方面，该标定方法需要使用由其他标定试验获得的加速度计模型中的非线性系数，存在引入其他标定误差的风险。

因此，本文采用GJB 1037A提出的安装方案，根据加速度计的误差模型，建立加速度计自旋修正系数的标定模型，提出一种可独立实施的加速度计自旋修正系数标定方法，并给出相应的标定流程和数据处理方法。

1 加速度计误差模型

以单轴加速度计为例，建立误差模型，首先给出单轴加速度计的坐标系，如图1所示。该坐标系为直角指标系，由输入轴（IA）、输出轴（OA）和摆轴（PA）组成。

2.2 自旋修正系数标定流程

根据标定模型的推导过程，结合实际操作的步骤，得到加速度计绕IA轴与PA轴角平分线旋转时自旋修正系数的标定流程。

1）将加速度计安装在专用夹具上，夹具与单轴转台安装面固定连接，使加速度计IA轴和PA轴的角平分线与单轴转台转轴线重合。

6）锁定转台，保持加速度计通电，开始静态标定，按产品技术条件采集加速度计输出信号，采集时间为T秒，然后停止采集，设输出数据序列为U5。

7）锁定转台，断开转台电源，然后断开加速度计电源，停止标定。

标定流程中所得数据序列及对应的数据处理方法如表1所示。

从方法上看，各输出数据序列的处理方法都是取时域平均值。但需要注意的是，对速率标定过程采集的数据序列要求是进行整周期平均。因此，在速率标定过程中，对数据采集时间要严格保证，否则容易产生测试误差。根据以上处理结果，按式和式计算以角速度 旋转时的偏值变化量：

3 结论

标定自旋修正系数对于旋转弹用加速度计的使用有重要意义。本文论述的标定方法建立在加速度计误差模型基础上，有详细的数学模型推导，比国家军用标准给出的标定流程更具体、更有操作性，且不需使用由其他标定试验的数据，能够独立开展。根据加速度计在载体上的安装方式不同，可以借鉴本文的推导分析过程和标定流程，设计相应的自旋修正系数误差标定方法。需要注意的是，数据采集时间的设置要根据施加到加速度计上的转速进行针对性修改，以保证满足时域信号整周期平均计算的要求。

考文献

[1] GJB 1037A-2004单轴摆式伺服线加速度计试验方法[S]. 2004.

[2]陆元九.惯性器件（下）[M].北京：中国宇航出版社，1993.

[3] 范成叶，李杰，景增增，等. 旋转弹用三轴加速度计安装位置误差标定补偿技术[J].传感技术学报，2013，26（10）：1352-1356.

[4] 杨文卿，李杰，李文豪.旋转弹转速测量系统设计[J].计量学报，2019，40（1）：106-110.

[5] IEEE 1293-1998（R2008） Standard specification format guide and test procedure for linear，single-axis，nongyroscopic accelerometers [S]. 2008.