Погрешности акселерометров

Акселерометрам присущи методические и инструментальные погрешности.

Методические погрешности акселерометров можно разделить на две группы:

1) погрешности, возникающие из-за того, что акселерометры измеряют только ускорения от активных сил, тогда как на ускорения, вызванные гравитационными силами, эти приборы не реагируют;

2) погрешности, возникающие из-за несовпадения оси чувствительности с направлением действия измеряемого ускорения.

Для оценки величин методических погрешностей первой группы предположим, что на летательном аппарате выбрана инерциальная система координат Oxyz, начало которой совпадает с центром масс. Совместим с осями этой системы оси чувствительности трех акселерометров (инерциальная система координат на ЛА может быть построена при помощи стабилизированной гироплатформы). На летательный аппарат действует сила веса G и сила Q, равная сумме сил тяги, сопротивления, подъемной силы и др

Спроектировав эти силы на оси инерциальной системы координат, можно написать уравнения движения летательного аппарата:

где М – масса ВС и х, у, z – координаты центра масс. Эти уравнения можно переписать в виде

gx, gv, gz – составляющие гравитационных ускорений.

Акселерометры измеряют ускорения ах, ау, аг, вызываемые активными силами Qx, Qy, Qz.

Для вычисления скоростей и координат местоположения ВС по измеренным ускорениям необходимо от показаний акселерометров отнять составляющие гравитационных ускорений. Следовательно, на величины gx, gv, gz можно смотреть как на методические погрешности акселерометров. Поскольку структура гравитационного поля Земли и планет известна с большой точностью, то по известному местоположению ВС можно определить ускорения gx, gy, gz и внести соответствующие поправки в показания акселерометров. В инерциальных системах навигации и управления учет методических погрешностей акселерометров именно так и выполняется.

При несовпадении оси чувствительности акселерометра с направлением измеряемого ускорения возникают методические погрешности. Так, например, при несовпадении оси чувствительности и направления ускорения в погрешность в измерении величины ускорения составляет 0,02%. Эта погрешность сама по себе мала и не представляет большого интереса. Большее значение имеет угол между указанными направлениями, поскольку он определяет несовпадение приборной и истинной осей системы координат. Кроме того, в инерциальных системах навигации несовпадение осей чувствительности с направлением измеряемых ускорений приводит к появлению перекрестных связей между акселерометрами, в результате чего акселерометр измеряет не только «свое», но и «чужие» ускорения. Это опять вызывает погрешности в измерении ускорений.

Инструментальные погрешности акселерометров определяются:

1) порогом чувствительности (обусловленным трением в подвесах) – минимальным сигналом на входе, при котором появляется сигнал на выходе;

2) нарушением линейной зависимости между входным и выходным сигналами;

3) гистерезисом в характеристиках упругих и других элементах;

4) температурной зависимостью параметров и характеристик акселерометра.

Для уменьшения инструментальных погрешностей применяются меры по уменьшению трения в подвесах, по термостатированию элементов и по улучшению характеристик чувствительности акселерометра. В лучших конструкциях акселерометров для инерциальных систем инструментальные погрешности доведены до 0,002%.