實驗一陀螺儀關鍵引數測試與分析實驗
加速度計關鍵引數測試與分析實驗
二零一三年五月十二日
實驗一陀螺儀關鍵引數測試與分析實驗
一、 實驗目的
通過在速率轉台上的測試實驗，增強動手能力和對慣性測試裝置的感性認識；通過對陀螺儀測試資料的分析，對陀螺漂移等引數的物理意義有清晰的認識，同時為在實際工程中應用陀螺儀和對陀螺儀進行誤差建模與補償奠定基礎。
二、 實驗內容
利用單軸速率轉台，進行陀螺儀標度因數測試、零偏測試、零偏重複性測試、零漂測試實驗和陀螺儀標度因數與零偏建模、誤差補償實驗。
三、 實驗系統組成
單軸速率轉台、mems 陀螺儀（或光纖陀螺儀）、穩壓電源、資料採集系統與分析系統。
四、 實驗原理
1. 陀螺儀原理
陀螺儀是角速率感測器，用來測量載體相對慣性空間的角速度，通常輸出與角速率對應的電壓訊號。也有的陀螺輸出頻率訊號（如雷射陀螺）和數碼訊號（把模擬電壓數位化）。以電壓表示的陀螺輸出訊號可表示為：
1-1)
式中是與比力有關的陀螺輸出誤差項，反映了陀螺輸出受比力的影響，本實驗不考慮此項誤差。因此，式（1-1）簡化為
1-2)
由（1-2）式得陀螺輸出值所對應的角速度測量值：
1-3)
對於數字輸出的陀螺儀，感測器內部已經利用標度因數對陀螺儀模擬輸出進行了量化，直接輸出角速度值，即：
1-4)
是是陀螺儀的零偏，物理意義是輸入角速度為零時，陀螺儀輸出值所對應的角速度。且
1-5)
精度受陀螺儀標度因數、隨機漂移、陀螺輸出訊號的檢測精度和的影響。通常和表現為有規律性，可通過建模與補償方法消除，表現為隨機特性，可通過訊號濾波方法抵制。因此，準確標定和是實現角速度準確測量的基礎。
五、 陀螺儀測試實驗步驟
1) 標度因數和零偏測試實驗
a. 接通電源，預熱一定時間；
b. 陀螺工作穩定後，測量靜止情況下陀螺輸出並儲存資料；
c. 轉台正轉，測試陀螺儀輸出，停轉；轉台反轉，測試陀螺儀輸出，停轉。在正轉和反轉時測試陀螺儀輸出量，並分別儲存資料；
d. 改變轉台輸入角速率重複步驟c，正負角速率的速率檔分別不少於5 個（按軍標要求是11 個）；
e. 轉速結束後，當轉台靜止時，採集陀螺儀輸出資料，並儲存。
f.根據最小二乘法公式
1-6)
1-7)
計算陀螺標度因數和零偏。
2) 零漂測試（零偏穩定性）
在靜止下採集陀螺儀資料，並由測試數計算陀螺儀零偏穩定性。軍標中通常的測試時間是1 小時，並對所採集的資料進行1 秒、10 秒及100秒等不同時間的平滑。本實驗中可採集資料10 分鐘左右，並分別進行1 秒、10 秒及100 秒平滑。
按如下公式
1-8)
計算陀螺儀零偏穩定性，並進行比較。
3) 零偏重複性測試
a. 令轉台某角速度200下進行正轉，轉速平穩後，採集陀螺輸出資料，並儲存。
b. 令轉台某角速度-200下進行反轉，轉速平穩後，採集陀螺輸出資料，並儲存。
c. 按計算陀螺零偏；
d. 關掉陀螺電源，並重新啟動，重複步驟a、b；
e. 重複步驟d 進行3-5 次，共得到陀螺零偏5-7 個；
f. 對5-7個陀螺零偏按下式(1-9)
1-9)
求均方差，得零偏重複性指標。
六、 實驗結果
1. 資料處理
將原始資料剔除後繪圖如下
2. 計算陀螺標度因數和零偏
根據陀螺在10°/s，20°/s，40°/s，60°/s ，80°/s角速率下正反轉的輸出，分別求得正轉下陀螺的標度因數和零偏，及反轉下陀螺的標度因數和零偏，然後求的均值。
0.9901
0.0358
3. 零偏穩定性對所採集的資料進行1 秒、10 秒及100秒等不同時間的平滑，如下圖。
零漂計算結果（1000s平滑）：bs= 0.0144
4. 零偏重複性
以角速度40°/s正反轉，共採集5組資料
零偏重複性：0.009309
七，實驗小結
由零漂平滑後的結果可知，對採集的資料平滑時間長可以提高零偏的穩定性。
八，源程式
%%%%載入資料
gyro_0end=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_0end.txt');
gyro_0start=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_0start.txt');
gyro_10n=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_10n.txt');
gyro_10p=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_10p.txt');
gyro_20n=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_20n.txt');
gyro_20p=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_20p.txt');
gyro_40n=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_40n.txt');
gyro_40p=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_40p.txt');
gyro_60n=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_60n.txt');
gyro_60p=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_60p.txt');
gyro_80n=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_80n.txt');
gyro_80p=load('e:\慣性器件綜合實驗\慣性導航試驗資料\1\慣導實驗1實驗資料\gyro_data\1 標度因數和零偏測試\gyro_80p.txt');
剔除不合格資料
gyro_10p=gyro_10p(find((gyro_10p>9)&(gyro_10p<11)));
gyro_20p=gyro_20p(find((gyro_20p>15)&(gyro_20p<25)));
gyro_40n=gyro_40n(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(find((gyro_80p>70)&(gyro_80p<90)));
for i=1:11145
k(i)=i;
endplot(k,gyro_0end(1:11145,1),'r',k,gyro_0start(1:11145,1),'r',k,gyro_10n(1:
11145,1),'r',k,gyro_10p(1:11145,1),'r',k,gyro_20n(1:11145,1),'r',k,gyro_20p(1:
11145,1),'r',k,gyro_40n(1:11145,1),'r',k,gyro_40p(1:11145,1),'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('剔除資料後','fontsize',12);
xlabel('時間t(s)','fontsize',12);
ylabel('度/秒','fontsize',12);
5555計算標度因數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);
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