北航仪器光电综合实验报告水平对准及陀螺测角实验Word下载.docx

北航仪器光电综合实验报告水平对准及陀螺测角实验Word下载.docx

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在用加速度进行水平对准时，

则把运动加速度做为有害加速度，而利用引力加速度与重力加速度的比值还计算水平姿态角。

通常加速度计输出对应一定的电压，表示为：

UA（f）Ua（0）affA（g）A

（1）

式中UA（f）是载体加速度f对应的加速度计输出电压，UA（0）是f为零时的加速度计输出

电压，Ka是加速度计标度因数,

fA（g）是与加速度有关的误差项，a是加速度计的随机

误差。

fA（g）表示与比力有关的加速度计输出误差函数，包括与比力的一次方或多次方的

关系，反映了加速度计输出与比力的关系。

本书不研究此项误差。

因此，

（1）式简化为:

U

A（f）Ua（0）KAfA

（2）

由式

（2）得比力：

UAUa（0）

fAAA（3）

Ka

对于数子输出的加速度计，

传感器内部已经利用标度因数对加速度计模拟输出进行了量

化，直接输出比力值。

f测量=fOf真值+A（4）

fo是加速度计的常值偏置，物理意义是比力真值为零时，加速度主的输出。

其值与Ua（0）对

应，且

UA（O）=KAfo（5）

加速度计输出的比力中包含了运动加速度和引力加速度两部分:

与水平面有角度时，有

那么水平姿态角可表示为:

在为小角度时，式（8）可近似为:

加速度计的常值偏置计算方法为:

双轴位置转台、MEM加速度计、稳压电源、数据采集系统。

利用加速度计敏感地球重力加速度分量，计算水平姿态角，实现水平对准。

实验内容主要包括：

在双轴位置转台上安装加速度计；

加速度计输出信号采集；

加速

度计信号处理；

水平姿态角计算。

（1）教师讲解

加速度计的基本原理；

水平对准的基本原理；

加速度测试设备的功能及分类；

加速度计的基本误差模型及性能指标

（2）操作演示

演示测量系统功能及使用方法；

双轴位置转台的操作

（3）学生操作

1）测试前工作

把加速度计安装到双轴位置转台上；

连接加速度计的各信号与电源线；

测试加速度电缆是正

常连接；

检查加速度计5伏电源是否正常；

启动数据采集与测试系统并检查是否正常，正常

后关闭。

2）对准实验

将转台调到水平（双轴转台的水平零位）；

启动数据采集与测试系统；

转动双轴转台方位轴，

在0度、90度、180度与270度，分别采集并存储实验数据，数据采集时间1分钟左右；

利

用0度、180度或90度、270度的实验数据计算Of（测数字量）或（0）AU（测模拟量）；

利用两相互垂直位置的实验数据计算水平姿态角1B、29o

（六）实验结果及数据处理

实测前已将转台调到对应刻度水平位置：

1•加速度数据采集及处理

对采集到的四组加速度数据，绘出图形进行分析：

Figure1角度0deg时

Figure2角度90deg时

Figure3角度180deg时

Figure4角度270deg时

由上图可以看到，在整个采集过程中，除出现几处峰值外，数据相对稳定，且呈现一定周期

性，故选择一段较长数据（排除峰值），进行均值处理，作为整个角度上加速度输出值，得

下表：

表格1加速度输出

角度（度）

0deg

90deg

180deg

270deg

加速度均值

0.022797

0.055657

0.076487

0.002856

利用相差180度的两数据依次计算常值偏置

表格2常值偏置

组别

0度和180度

90度和270度

常值偏置

0.049642398

0.029256625

利用获得的常值偏置计算实际加速度均值

表格3实际加速度

-0.02684

0.006015

0.047231

-0.0264

、2

设当地加速度为9.8m/s，计算偏角：

表格4实际偏角

Odeg

转台角度

-0.002739288

0.000613753

0.004819522

-0.002693899

对上表数据分别用0度和180度，90度和270度进行计算,

表格5计算角度

0.001040117

-0.001040073

均值0.00104062度，由此可得，转台调水平后水平度非常好。

陀螺测角实验

2012年5月18日星期五

一、实验目的：

通过在速率位置转台上陀螺仪测角实验，让学生掌握陀螺仪的原理并深入理解陀螺仪的功能。

二、实验主要步骤：

1、实验仪器：

单轴速率位置转台、MEM陀螺仪、稳压电源、数据采集系统。

2、实验准备及仪器调整：

（1）将陀螺仪固定在单轴速率位置转台上，固定时，使其敏感轴垂直于工作台面利用电缆将陀螺仪连接至电脑上，打开测试程序，确定连接成功。

（2）设置速率转台转速、方向，确认其处于正确工作状态。

（3）按照实验要求，开始测试相关数据并记录。

三、实验数据分析及处理：

1、正反转测试：

设置速率转台速率为：

36.6deg/s:

获得数据如图所示:

Figure5实测反转36.6度/秒转速数据

Figure6实测正转36.6度/秒转速数据

综合处理上述数值，由上两图可以看到，实验数据存在随即误差，应在数据处理中予以剔除：

表格6正反转测试

项目

正转均值角速度

反转均值角速度

均值

数值（deg/s）

-36.71145699

35.78816963

-0.467164368

由上数据可得：

陀螺零飘为-0.467164368deg/s

2、陀螺转角测试：

利用获得数据，参考1部分数据处理方式，剔除粗大误差后进行计算，所得数据如下表所示：

表格7角速度误差测试

组1

组2

组3

均值（deg/s）

35.82124

35.84639

26.051061

偏置（deg/s）

-0.46164

偏置补偿（deg/s）

36.28288

36.30803

26.5127

转台转速（deg/s）

36.6

26.6

相对误差

-0.798%

-0.328%

利用获得数据，计算转角并验证:

表格8计算转角结果

总角速度

59140.86

113812.3

112488.5

每角速度点时间

0.006042

0.006261

0.006267

估算转角（deg）

357.3542

712.6262

704.9417

实际转角（deg）

360

720

-0.73%

-1.02%

-2.09%

误差分析：

在实验中，利用秒表测试转台转动的时间，同时控制数据采集的开始和停止，以转台转过一定角度作为开始和停止的信号。

实验中主要误差来源于：

（1）开始、停止信号与转台转动对应角度不完全匹配，即发出停止信号时，转台可能已经超过了既定读数；

（2）在开始、停止信号的同时，没有立即停止电脑端数据采集，造成获得数据过多，对应计算数据超过实际值；

（3）计时误差，开始、停止计时动作与相应动作信号不完全同步。

以上三点误差为本次实验产生误差的主要原因，考虑到这些误差的存在，综合最后测试结果，可以看出，实验测试转角数据具有较高的准确度。

四、实验总结和体会：

通过水平对准和陀螺测角实验，我对加速度计和陀螺仪的使用有了较多的认识,

对MEM器件有了一定的认识。

实验操作部分相对较简单，但实验原理及数据处理部分都相对较复杂，需要有较好的理解，这些对我们进一步了解陀螺仪的操作都有很大的帮助。