加速度计输入轴角加速度的敏感性

摘要

洛克希德导弹与空间分部与霍尼韦尔在1991年签订了一份合同，为美国海军三叉戟系统再入体研制设备包。再入惯性测量单元就此产生，RIMU是一个捷联系统，由三个Honneywell GG1320环形激光陀螺(RLG)和三个Bell Ⅺ型加速度计作为惯性传感器构成，Honeywell的RIM已经在几次三叉戟的飞行中展示了可靠性和精确性。三叉戟导弹采用点火分离装置给再入体(RB)一个姿态稳定的角速率以确保正确的大气层再入角度，同时也给出一个线速率增量将RB推离载体。由于这个线速率增量不能被载体上安装的助推器IMU测量，所以这个分离速度增量在三叉戟的导航计算中被模型化。因此，RIMU的一个关键要求就是精确测量分离线速度增量。由于RIMU捷联系统的机制，这个测量要求加速度计在完全的角动态环境下来完成。角动态敏感度早在RIMU系统设计过程中就已被很好地认识到。具体的杠杆模型和加速度计的尺寸效应引起的误差在用于飞行试验数据处理的卡尔曼滤波方程中进行了修正。尺寸效应模型来自于已出版的文章，它建立在加速度计的敏感检测质量的质量特性上。根据加速度计质量的特性，加速度计对输出轴的角加速度有显著的敏感性。当摆的主轴相对于加速度计的输出轴不对准时，对输入轴的加速度敏感性会增加。由于Bell Ⅺ型加速度计对摆的对称性和摆的主轴的对准有很严格的的要求，这一加速度敏感性可以忽略，为了降低在分离过程中沿输出轴角加速度敏感性，三个RIMU加速度计的安装方向都使得其输出轴名义上垂直于RB滚动轴。最初的飞行试验数据分析显示出分离速度纵向分量测量的显著误差。这个误差在撞击时表现出向下大范围失准。对这一问题的研究揭示了Bell Ⅺ型加速度计沿输入轴角加速度的敏感性。这个敏感性的量级不能用摆的不对称性或摆的主轴的不对准来解释。这个敏感性在实验室内通过旋转试验得到证明。曾经提出了一种误差机理的假设。虽然没有从物理上证实这一假设，这个敏感性通过已作过飞行试验的RIMU数据的旋转试验数据的再处理进行了校正。飞行数据通过补偿这个敏感值，进行了再处理。在所有RIMU的飞行中都完成了向下范围失准的有效改进。这篇论文包括：(1)RIMU飞行数据分析处理的讨论：(2)飞行试验中观察到的异常分离速度的测量；(3)导致发现新的敏感性研究调查；(4)误差机理的假设；(5)飞行后的校准和飞行数据的再处理。