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加速度计数据采集与温度补偿技术研究

席晋  
【摘要】: 本文以高精度惯导系统的研制开发为应用背景,基于测试计量技术与仪器精度理论,对惯导系统中关键元件加速度计的测量精度及其数据采集系统中的相关问题进行了研究。 首先,基于欧拉角,分析了加速度计静态误差数学模型;基于反馈回路原理,分析了输出加速度误差模型。同时,还分析了石英挠性加速度计基本原理。以此为理论基础,研究了加速度计输出信号中误差的成因。通过对加速度计输出信号特征的研究并基于数据采集基本理论,设计完成加速度计数据采集系统,此系统由硬件电路与相应软件程序两部分组成。 惯导系统是测量载体运动姿态与速度的一种高精度测量仪器,任何温度波动都会对其工作状态产生影响,致使系统测量结果带有由温度引起的误差,进而导致系统测量精度下降。本文研究了温度变化引起放大电路和ADC中误差漂移的相关问题,采用可以有效抑制温度漂移的失调电压校正解决方法。通过分析存在于采集电路系统各个电路单元的电路噪声和温度变化引起的温度漂移,提出对数据采集电路进行整体温度误差补偿的解决方法。 分析了加速度计工作时的自加热效应及由此产生的温度场对加速度计输出精度的影响。将温度变量引入到加速度计的静态误差数学模型中,使其成为能够对应于温度变化的温度误差数学模型。在此基础上,设计了用于对温度模型中的参数进行估计的具体测试与数据处理方案。 结合测试技术与数据处理基本理论,对试验数据加以详尽分析,探讨了仪器测量精度与测量误差等相关问题。对比分析了线性补偿方法和基于正交多项式补偿的非线性补偿方法的温度补偿效果。


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