Диссертация (1025150), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Так, в существующих зарубежных и отечественныхработах для данного вида шума часто используется термин Angle RandomWalk (случайное блуждание угла) [41-45, 47, 78, 80, 81]. Такое названиеобусловлено тем, что случайное блуждание оказывает влияние на результатинтегрирования. В связи с этим, можно предположить, что в приложении кзадаче исследования шумовых характеристик измерительных каналов блокаакселерометров, указанный термин может трактоваться, как случайноеблуждание кажущейся скорости.Вариация Аллана для данного вида шума имеет следующий вид: N2   N2.(4.3)Здесь N  коэффициент случайного блуждания.Наклон «0» характеризует нестабильность смещения нуля (розовыйшум).

Данный вид шума связан с блоком сервисной электроники. В [50]отмечается, что розовый шум характерен практически для всех компонентовэлементной базы, используемой для построения сервисной электроникиблока акселерометров инерциальных навигационных систем.Вариация Аллана для данного вида шума имеет следующий вид:2B 2   ln2.2B(4.4)Здесь B  коэффициент нестабильности смещения нуля.Согласно [48, 64], нестабильность смещения нуля соответствует  - графика, характеризующего вариацию Аллана.

При этомзначение  соответствующее минимуму  A   - графика будет определятьминимуму Aоптимальное время усреднения измерений, необходимое для оценки90величины метрологического эталона с точностью до нестабильностисмещения нуля.Наклон «+1/2» характеризует случайное блуждание выходного сигнала.Физическая природа возникновения данного вида шума слабо исследована.Вариация Аллана для данного вида шума имеет следующий вид: K2   K 2.3(4.5)Здесь K  коэффициент случайного блуждания выходного сигнала.Наклон «+1» характеризует тренд выходного сигнала.

Данный видшума проявляется в виде постоянного ухода значения кажущегосяускорения, измеренного блоком акселерометров. В основном такой уходобусловлен условиями окружающей среды, стабильностью источниковпитания и т.д.Вариация Аллана для данного вида шума имеет следующий вид:R2 2   .22R(4.6)Здесь R  коэффициент тренда выходного сигнала.Таким образом, с учетом (4.2) – (4.6) вариация Аллана будет иметьследующий вид:232 12 2 ln222                        Q 2  N  BK R. (4.7)322A2Q2N2B2K2R2Оценки неизвестных коэффициентов Q, N , B, K , R в выражении (4.7)определяются в соответствии с методом наименьших квадратов с учетомзначений  A   , сформированных по выходным данным измерительныхканалов блока акселерометров.914.3.

Экспериментальное определение оптимального времениусреднения выходных данных измерительных каналов блокаакселерометровЭкспериментальное определение оптимального времени усреднениявыходныхданныхизмерительныхканаловблокаакселерометровосуществлялось с использованием массива измерений, сформированного водном запуске длительностью 90 минут. Для построения вариации Алланаиспользовалось специализированное программное обеспечение AlaVar 5.2,свободно распространяемое в сети Internet. Результат работы программыпредставлен в Таблице 4.1.Таблица 4.1.Вариация Аллана (значения  A , сформированные программой AlaVar)№τ,сКанал X, м/с2Канал Y, м/с2Канал Z, м/с2110.0004926660800.0001756388900.000915041410220.0003441808000.0001222599200.000633157970340.0002442668500.0000876594460.000452377840480.0001716961500.0000615758280.0003139540205160.0001128758600.0000425905590.0002100063106320.0000771359260.0000316880650.0001478851307640.0000543071240.0000259539200.00010224341081280.0000435622040.0000287824550.00007367492392560.0000493398520.0000430240650.000061438248105120.0000903147620.0000746226660.0000718619691110240.0001825997400.0001445791600.000102601620Неизвестные коэффициенты в (4.7) определяются с учетом данных изТаблицы 4.1 в соответствии с алгоритмом метода наименьших квадратов(Таблица 4.2):92ˆ  H Tτ H τ  1 H Tτ Z σ ,XAгде 3 2 1 3Hτ    2 2 ... 3 2 11ЗдесьX̂ вектор2 ln2   132 ln2   23......2 ln2   1131112...1 11оценок 12  Qˆ 2 2  22 Nˆ 2  ˆ   Bˆ 2 ;2 ; X ...

 Kˆ 2 2 11  ˆ2 R 2 неизвестных  A21  2  A   2 ....  A2  11 ZσAкоэффициентов;Hτ  матрицанаблюдений; Z σ  вектор измерений, составленный из значений  A дляAкаждого из измерительных каналов блока акселерометров.Таблица 4.2.Оценки неизвестных коэффициентовQ,КаналмсN,мсек сB,мс2K,мс2сR,мс3X0.0000496276400.0004860757730.0000462059200.0000018182230.000000250597Y0.0000233874370.0001706553170.0000137298050.0000018979550.000000193160Z0.0001303432150.0008881747380.0000760225440.0000060377690.000000016138НаРисунке4.5аппроксимирующие Aвлогарифмическоммасштабепредставлены  -характеристики для каждого из измерительныхканалов блока акселерометров, сформированные в соответствии с (4.7) поданным из Таблиц 4.1, 4.2.93Рисунок 4.5. A   - графики измерительных каналов блока акселерометров94По данным из Таблицы 4.2 и Рисунка 4.5 видно, что A  -графикисодержат все 5 рассмотренных шумовых составляющих.

При этом значениенестабильностисмещениянуляизмерительныхканаловблокаакселерометров составляет 1.6 угл. сек для канала Х (2σ), 1 угл. сек дляканала Y (2σ), 2.5 угл. сек для канала Z (2σ).Стоит отметить, что нестабильность смещения нуля может бытьиспользованавкачествекритериядляприближеннойоценкинеравноточности измерительных каналов блока акселерометров (Таблица4.3).Таблица 4.3.Неравноточность измерительных каналов блока акселерометровКаналы X и YКаналы X и ZКаналы Y и Z38 %36 %60 %По данным из Таблицы 4.3. видно, что измерительные каналы блокаакселерометровчастности,характеризуютсямаксимальноесущественнойотличиенеравноточностью.нестабильностисмещенийВнулейхарактерно для каналов Y и Z, и составляет 60%.МинимумыоптимальнымA  -графиковвременным(Рисунокинтервалам4.5),усреднениясоответствующиевыходныхданныхизмерительных каналов блока акселерометров достигаются при различныхзначенияхи составляют: 150 секунд (канал Х); 83 секунды (канал Y), 256секунд (канал Z).

Для удобства проведения испытаний и последующейобработки информации будем использовать усредненное для всех 3 каналовзначение равное 163 сек. (Рисунок 4.6).95Рисунок 4.6.Точность определения величины метрологического эталона при усреднении выходных данных измерительных каналовблока акселерометров в течение 163 секунд96Сравнительный анализ данных на Рисунках 4.5, 4.6 позволяет сделатьвывод, что усреднение выходных данных измерительных каналов блокаакселерометров в течение 163 секунд не приводит к существенномуснижению точности определения величины метрологического эталона. Так,значения A  -графиков (в области 2σ) при   163 ссоставляют: 1.6 угл.сек. (канал Х), 1.3 угл. сек. (канал Y), 2.7 угл. сек. (канал Z).Такимобразом,результатыпроведенногоэкспериментальногоисследования позволяют сделать вывод, что измерительные каналы блокаакселерометров БИНС характеризуются существенной неравноточностью.

Вчастности, нестабильность смещений нулей для каналов Y и Z отличается на60%. Установлено, что оптимальное время усреднения выходных данныхизмерительных каналов блока акселерометров составляет 163 секунды. Приэтом погрешность определения величины метрологического эталона не будетпревышать 1.6 угл.

сек. для канала Х (2σ), 1.3 угл. сек. для канала Y (2σ) и 2.7угл. сек. для канала Z (2σ).4.4.Экспериментальное исследование точностных характеристикитерационной процедуры калибровки блока акселерометровЭкспериментальноеисследованиеточностныххарактеристикитерационной процедуры калибровки блока акселерометров проводилось сиспользованием программы калибровки, включающей в свой состав 24измерительныхположения.Температураокружающейсреды,обеспечиваемая камерой испытательного стенда, составляла +30 0С.Характерныйвидизмеренийакселерометров,термодатчиковакселерометров, датчиков угла положения испытательного стенда приосуществлении программы калибровки из 24 измерительных положенийпредставлен на Рисунках 4.7 – 4.10.97Рисунок 4.7.Выходные измерения блока акселерометровРисунок 4.8.Измерения термодатчиков акселерометров98Рисунок 4.9.Измерения датчика угла положения по внешней оси испытательного стендаРисунок 4.10.Измерения датчика угла положения по внутренней оси испытательногостенда99Дляопределенияакселерометровиоценокпогрешностейинструментальныхвыставкипогрешностейиспытательногостендаиспользуются измерения акселерометров и датчиков угла положенияиспытательного стенда, усредненные в каждом измерительном положениипрограммы калибровки (Приложение 3, Таблица П.3.1).Оценкиинструментальныхпогрешностейакселерометровипогрешностей выставки испытательного стенда, полученные по данным изТаблицы П.3.1 (Приложение 3), с использованием итерационной процедурыкалибровки приведены в Таблице 4.4.Таблица 4.4.Оценки инструментальных погрешностей акселерометров̂ x , угл.

сек̂ y , угл. сек̂ z , угл. сек kˆ x , % kˆ y , % kˆ z , %680.751808-626.616568237.914995-12.382295-1.898284-4.009551ˆ1 , угл. секˆ2 , угл. секˆ3 , угл. сек-509.635165154.033189610.813254ˆ4 , угл. секˆ5 , угл. секˆ6 , угл. сек-104.636135736.448437953.342803ˆ1 , угл. секˆ3 , угл. сек-26.888963-6.749693Моделькомпенсацииоценокинструментальныхпогрешностейакселерометров будет иметь следующий вид:ˆ  Cˆ Δε 1 J  Δˆ ,ˆ 1kCJ С  Eгде(4.8)100 J xC 1  kˆx ˆ x 00 ˆ 1k   0J С   J yC , Δˆ   ˆ y , E1  kˆ y0 ;JC  0 ˆ 01  kˆz  z z ˆ ΔСˆ ΔεC 1  ˆ12  ˆ 22ˆ3ˆ 5 1   ˆ3 0JС  векторЗдесьˆ31 ˆ1;ˆ 4221  ˆ 5  ˆ 6 ˆ1ˆ 21  ˆ 32  ˆ 42ˆ 60  Jx  ˆ1 , J   J y .J 1  zуточненныхизмеренийблокаакселерометроввсобственных осях; Δ̂  вектор оценок смещений нулей акселерометров;Eˆ 1k  матрица оценок масштабных коэффициентов акселерометров; С̂ Δ  матрицаоценокугловакселерометров;неортогональностиĈΔε  матрицаоценокосейчувствительностипогрешностейвыставкииспытательного стенда; J  вектор измерений блока акселерометров всобственныхосях(докомпенсацииоценокинструментальныхпогрешностей).Уточненные измерения блока акселерометров, полученные по даннымиз Таблиц П.3.1 (Приложение 3), 4.4 в соответствии (4.8) приведены вТаблице П.3.2 (Приложение 3).В качестве критерия точности калибровки блока акселерометров будемиспользовать разность измеренного g и и эталонного gэ значений модулявектора ускорения силы тяжести g :J C  g и  g э  J   J    J C 2xC 2yC 2z gэ.(4.9)Здесь J iC i  x , y , z   уточненные измерения блока акселерометров; gэ эталонное значение модуля вектора ускорения силы тяжести g (на местепроведения испытаний составляет 9.815179 м/с2).101Критерий точности (4.9) представляет собой информационную невязку,рассчитанную, по уточненным измерениям блока акселерометров, котораяпозволяет сформировать общую (интегральную) оценку качества калибровкиблока акселерометров.В соответствии с (4.9) по данным из Таблицы П.3.2 (Приложение 3)определим точность калибровки акселерометров (Таблица 4.5, Рисунок 4.11).Таблица 4.5.№J , угл.

Характеристики

Список файлов диссертации