线加速度计标定误差分析及不确定度研究

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1、万方数据线加速度计标定误差分析及不确定度研究ADissertationSubmittedtoChinaAcademyofEngineeringPhysicsForMaster’SDegreeinEngineeringCAEPErrorAnalysisandUncertaintyresearchinCalibrationofLinearAccelerometersAuthor：NingFeiSupervisor：Prof．ChenXiao—weiProf．LiMing·haiInstituteofStructuralMechanicsChinaA

2、cademyofEngineeringPhysicsMianyang，SichuanMay22，2013万方数据线加速度计标定误差分析及不确定度研究独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作⋯：守平槲期心t弓年多月多日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完

3、全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影音、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。⋯一躲守苹导师酶l、髫·u’书签字日期：加l；年6月5-B签字日期：矽B年{!1月土r日万方数据线加速度计标定误差分析及不确定度研究摘要线加速度计在惯性系统中具有广泛而重要的应用。提高加速度计使用精度的关键是提高其标定精度。本文针对精密离心试验中存在的加速度载荷误差、加速度计输出误差，以及标定使用的

4、加速度计静态模型、模型辨识方法，采用理论分析及数值计算法研究其对标定精度的影响：第一，为提高加速度计标定精度，需对精密离心试验建立完整的加速度载荷模型，本文详细推导了较完整的加速度载荷模型及其简化方程，并给出了模型简化的前提条件；以静态半径为例，对其进行了误差分析，并采用数值计算方法，分析了静态半径误差对加速度计静态模型系数的影响。第二，采用蒙特卡罗法对线加速度计模型系数进行了不确定度分析。分别通过重力场翻滚试验、精密离心试验标定加速度计静态模型的线性和非线性系数，对此理论推导了模型系数的数学表达式。标定试验中加速度载荷不确定性将导致模型系数具

5、有一定的不确定度，为此进行了蒙特卡罗法仿真分析。分析结果表明，精密离心机提供的加速度载荷不确定度对加速度计二次系数的影响更大；另外，重力场翻滚试验结果在一定程度上影响了精密离心试验中加速度计的标定精度，可为选择匹配精密离心机的精密分度装置提供了数据依据。第三，针对性地研究了加速度计静态模型耦合项取舍及模型辨识方法对标定结果的影响。精密离心试验中，由于线加速度计在输入基准轴、摆基准轴、输出基准轴上均感知到加速度载荷，加速度计输出将包括各轴间耦合效应，据此推导计算了考虑耦合项时加速度计静态模型系数的表达式。另外，对于高精度加速度计标定，最小二乘法前

6、提条件得不到满足，给出了加权最小二乘法求解模型系数的表达式，数值计算对比分析了加权最小二乘法与普通最小二乘法，为进一步研究改进辨识方法打下基础。第四，设计了高精度加速度计标定系统方案。为保证加速度计标定试验数据的测量采集精度，对相关硬件进行了指标需求分析，设计了满足精度及功能要求的硬件方案；另外，为满足线加速度计标定的多功能需求，设计了软件流程框图、模块组成，并阐述了主要功能模块的内容及实现方法。关键词：线加速度计，精密离心机，不确定度，误差分析，加速度计静态模型万方数据AbstractLinearaccelerometersarewidely

7、usedininertialsystems．Theprecisionoftheinertialsystemsishighlyaffectedbytheprecisionoflinearaccelerometers．Themainmethodtoimprovelinearaccelerometers’precisionistoimprovetheprecisionofthecalibration．Erroranalysisanduncertaintyresearchareconductedtotheerrorsourcesduringthepre

8、cisioncentrifugetesting，tohelpimprovethescalingaccuracyofcalibrationoflinea