-
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
1
实验一
陀螺仪关键参数测试与分析实验
一、
实验目的
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。
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
陀螺仪是角速率传感器，用来测量载体相对惯性空间的角速度，通常输出
与角速率对应
的电压信号。也有的陀螺输出频率信号（如激光陀螺）和数字信
号（把模拟电压数字化）
。以电压表示的陀螺输出信号可表示为：
U
G
?
?
?
?
U
G
?
0
?
?
k
G<
/p>
?
?
k
G
f
G
(
a
)
?
k
G
?
G
(1-1)
式中
f
< br>G
(
a
)
是与比力有关的陀螺输出误差项，反映了陀螺输出受比力的影
响，本实验不考虑此项误
差。因此，式（
1-1
）简化为
U
G
?
?
?
?
U
G
?
0
?
?
< br>k
G
?
?
k
G
?
G
(1-2)
由（
1-2
）式得陀螺输出值所对应的角速度测量值：
?
测量
?
U
G
?
U
G
(0)
?
?
G
k
G
2
(1-3)
对于数字输出的陀螺仪，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：
?
测量
?
?
0
?
?
真值
?
?
G
(1-4)
?
0
是是陀螺仪的零偏，物理意义是输入角速度为零时，陀螺仪输出值所对
应的角速度。
且
U
G
(0
)
?
k
G
?<
/p>
0
(1-5)
?
测量
< br>精度受陀螺仪标度因数
k
G
、随
机漂移
?
G
、陀螺输出信号
U
G
的检测精
度和
U
G
(0)
的影响。
通常
k
G
和
U
G
(0)
表现为有规律性，可通过建模
与补偿方法
消除，
?
G
表现为随机特性，可通过信号滤波方法抵制。因此，准确标定
k
G
和
U
G
(0)
是实现角速度准确测量的基础。
五、
陀螺仪测试实验步骤
1)
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；
< br>
d.
改变转台输入角速率重复步骤
< br>c
，正负角速率的速率档分别不少于
5
个
（按军标要求是
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.
根据最小二乘法公式
K
G
?
1
?
ij
g
F
< br>j
?
?
M
j
?
1
2
?
?
?
ij
j<
/p>
?
1
M
M
?
?
g
?
F
ij
j
?
1
M
j
?
< br>1
2
M
M
j
?
1
?
?
?
?
ij
?<
/p>
M
?
j
?
1
?
3
(1-6)
F
G
0
1
?
M
K
G
F<
/p>
?
?
j
M
j
?
1
M
?
?
j
?
1
M
ij
(1-7)
计算陀螺标度因数和零偏。
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。
按如下公式
2
?
1
?
1
n
B
s
?
g
?
F
i
?
F
?
?
K
G
?
n
?
< br>1
i
?
1
?
?
?
1/2
(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
?
/
s
下进行正转，转速平稳后，采集陀螺输出数
< br>据，并保存。
b.
令转台某
角速度
-200
?
/
< br>s
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
?
B
r
?
?
B
?
B
(1-9)
0
?
0
< br>i
?
?
Q
?
1
i
?
1
?
Q
?
?
2
1/2
求均方差，得零偏重复性指标。<
/p>
4
六、
实验结果
1.
数据处理
将原始数据剔除后绘图如下
2.
计算陀螺标度因数和零偏
根据陀螺在
10
°/s，
20
°/s，
40
°/s，
60
°/s
，
80
°/s
角速率下正反
转的输出，分别求得正
转下陀螺的标度因数和零偏，及反转下陀螺的标
度因数和零偏，然后求的均值。
K
G
= 0.9901
F
G
0
=
0.0358
3.
零偏稳定性对所采集的数据进行
1
秒、
10
秒及
100
秒等不同时间的平
滑，如下图。
5
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<
/p>
5
组数据
组号
1
2
3
4
5
零偏重复性：
0.009309
七，实验小结
由零漂平滑后的结果可
知，对采集的数据平滑时间长可以提高零偏的稳定性。
八，源程序
6
陀螺零偏
0.18789
0.17844
0.16965
0.18459
0.19401
%%%%
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_data1
标度因
数和零偏测试
Gyro_');
Gyro_0start=load('E:
惯性器件综合实验
惯性导航试验数据
1
< br>惯导实验
1
实验数据
Gyro_
data1
标度因
数和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
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_dat
a1
标度因数
和零偏测试
Gyro_');
%%%%%%%%%%%%
剔除不合格数
据
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Gyro_10p=Gyro_10p(find((Gyro_10p>9)&(Gyro_10 p<11)));
Gyro_20p=Gyro_20p(find((Gyro_2
0p>15)&(Gyro_20p<25)));
Gyro_40n=Gyro_4
0n(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)));
Gyro_80p=Gyro_80p(fi
nd((Gyro_80p>70)&(Gyro_80p<90)));
7
for i=1:11145
k(i)=i;
end
plot(k,Gyro_0end
(1:11145,1),'r',k,Gyro_0start(1:11145,1),'r',k,Gyr
o_10n(1:11145,1),'r',k,Gyro_10p(1:11
145
,1),'r',k,Gyro_20n(1:11145,1),'r',k,Gyro_20p(1:111
45,1),'r',k,Gyro_40n(1:11145,1),'r',k,Gyro_40p(1:<
/p>
11145,1),'r',k,Gyro_40n(1:11145,1),'r',k
,Gyro_60n(1:11145,1),'r',k,Gyro_60p(1:11145,1),'r'
,k,Gyro_80n(
1:11145,1),'r',k,Gyro_80p(1
:11145,1),'r');
title('
剔除数据后
','fontsize',12);
xlabel('
时间
t(s)','fontsize',12);
ylabel('
度
/
秒<
/p>
','fontsize',12);
%%%%%%%%%%%
%%5555
计算标度因数
%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%5
Gyro_0end1=mean(Gyro_0end);
Gyro_0start1=mean(Gyro_0start);
Gyro_10n1=mean(Gyro_10n);
Gyro_10p1=mean(Gyro_10p);
Gyro_20n1=mean(Gyro_20n);
Gyro_20p1=mean(Gyro_20p);
Gyro_40n1=mean(Gyro_40n);
Gyro_40p1=mean(Gyro_40p);
Gyro_60n1=mean(Gyro_60n);
Gyro_60p1=mean(Gyro_60p);
Gyro_80p1=mean(Gyro_80p);
Gyro_80n1=mean(Gyro_80n);
%%
%%%%%%
求正转标度因数
%%%%%%
F=[Gyro_10p1 Gyro_20p1 Gyro_40p1
Gyro_60p1 Gyro_80p1];
W=[10 20 40 60
80];
J=[Gyro_10p1*10 Gyro_20p1*20
Gyro_40p1*40 Gyro_60p1*60 Gyro_80p1*80];
KG0=(sum(J)-(sum(F)*sum(W))/5)/(sum(W.^2)-(su
m(W)*sum(W))/5); %%%%0.9905
%%%%%%
求反转标度因数
%%%%%%%%%%%
F1=[Gyro_10n1 Gyro_20n1 Gyro_40n1
Gyro_60n1 Gyro_80n1];
W1=[10 20 40 60
80];
J1=[Gyro_10n1*(10)
Gyro_20n1*(20) Gyro_40n1*(40) Gyro_60n1*(60)
Gyro_80n1*(80)];
8
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：GPS术语简写
下一篇：GY—86很牛X的一个模块