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惯性器件性能精度的主要标志
除了上面的漂移速率和零位偏值之外，分辨率也被看作陀 螺仪和加速度计的主要性能指标： 设地球是个半径R=6.370×106m的球体，过地心大圆 （地球表面）的弧长为1nmile，即1852m，圆心角的一角 秒对应大圆弧长为30.48m。对定位精度为300m的惯性系统 来说，陀螺仪的分辨率应为10〞左右，或5×10-5rad。同 样，加速度计的分辨率也可作为相似的说明，当完全由它 来考虑惯性系统的定位精度时，300m的定位精度要求加速 度计的分辨率约为：5×10-5g。
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加速度计的性能指标
交叉耦合系数crosssensitivity： 交叉耦合系数cross-axis sensitivity：沿加速度计的 cross 输入轴及其垂直方向都有加速度作用时，加速度计的输 出中有一项与这两个加速度的乘积成比例，这个比例系 数称为交叉耦合系数。这种系数随着交叉加速度的方向 而变化。交叉耦合系数在模型方程中以Kio表示。
内容安排
典型误差模型 典型特征参数 误差项） （误差项）
陀螺仪 加速度计
统 计 分 析 特 性
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第一节 1. 惯性器件的性能指标 1.1 陀螺仪的性能指标 1.2 加速度计的性能指标 1.3 惯性器件性能精度的主要标志
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陀螺仪的性能指标
从惯性系统的要求来说，陀螺仪性能指标中首 先要考虑的是它的精度指标 精度指标，然后才是它的电 精度指标 电 气性能、机械性能、环境条件及寿命等； 气性能、机械性能、环境条件及寿命 当仪器的工作原理变化时，某些性能指标或参 数会有变动。
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第一节 1. 惯性器件的性能指标 1.1 陀螺仪的性能指标 1.2 加速度计的性能指标 1.3 惯性器件性能精度的主要标志
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惯性器件性能精度的主要标志
惯性级陀螺仪的随机漂移速率优于0.015°/h r，惯性级加速度计的零位偏值也应优于10－4 g 时，才能满足标准惯性系统要求的定位精度— —每小时定位误差不超过1nm。 从系统性能出发，陀螺仪的随机漂移率和加 速度计的零位偏值分别为它们的主要性能指标。
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陀螺仪的性能指标
Maximum rate ：陀螺仪所能测得的最大输入角速 率，可指导陀螺仪的应用环境。单位:(deg/h，deg/s) 零位偏值Bias ：当输入角速率为零时，陀螺仪的输出量。 零位偏值 用规定时间内测得的输出平均值相应的等效输入角速率 表示。单位:(deg/h，deg/s)
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陀螺仪的性能指标
误差模型的概念及原理
一 些 物 理 因 素
元件发热造成的温度梯度 形成干扰力 矩作用于惯 性器件
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误差模型的概念及原理
表示惯性仪器误差与有关物理量之间关系的数学表 达式，称为惯性仪器的误差数学模型。
建立惯性仪器误差数学模型并设法在惯性系统中补 偿，是惯性技术领域中必须解决的一个重要课题。
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误差模型的概念及原理
惯性器件误差模型的意义在于计算惯性器件的各误 差项，并进行合理的补偿，使得惯性器件的输出值更 接近于真实值。 惯性仪器种类繁多，其工作原理和误差模型也不尽 相同，但人们在长期工作中总结出了惯性仪器的较为 通用的误差模型。
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误差模型的概念及原理
引起惯性仪器误差的原因主要可以归为以下三类： 由于惯性仪器本身结构的不尽完善引起 由于一些物理因素引起 由于运载器的线运动和角运动引起
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误差模型的概念及原理
惯 性 仪 器 本 身 结 构 的 不 尽 完 善 结构的弹性形变 不等弹性以及工艺上的误差
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支承的摩擦 输电装置的弹性约束 质量不平衡 形成干扰力 矩作用于惯 性器件
Maximum acceleration ：加速度计所能测得的最大输 入加速度，可指导加速度计的应用环境。单位:(g) 零位偏值Bias ：当没有比力输入时，加速度计的输出量。 零位偏值 在模型方程中以K0表示。单位:(g)
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加速度计的性能指标
零偏稳定性Bias stability：当输入加速度为零时，衡量加速 零偏稳定性 ： 度计输出量围绕其均值的离散程度。以规定时间内输出量的 标准偏差相应的等效输入加速度表示，也可称为零漂。单位： （mg） 零偏重复性Bias repeatability：当输入加速度为零时，在同 零偏重复性 ： 样条件及规定时间间隔内，多次通电过程中，加速度计零偏 相对其均值的离散程度。以多次测试所得零偏的标准偏差表 示。单位：（mg）
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加速度计的性能指标
标度因数Scale factor： 标度因数Scale factor：标度因数是加速度计输出量 的变化与施加的输入量变化的比值。加速度计的标度 因数由所选择的模型方程的系数(通常为K)表示。
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加速度计的性能指标
标度因数非线性度scale nonlinearity： 标度因数非线性度scale factor nonlinearity：在输入 加速度范围内，加速度计输出量相对于最小二乘法拟合直 线的最大偏差值与最大输出量之比。单位：(%，ppm) 标度因数不对称度scale asymmetry： 标度因数不对称度scale factor asymmetry：在输入加速 度范围内，加速度计正、反方向输入角速率的标度因数差 值预期平均值之比。单位：(%，ppm)
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IEEE Std 5 28-2001(R 28-2001 evision of I EEE Std 52 8-1994)
陀螺仪的性能指标
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陀螺仪的性能指标
感系数g-sensitivity：表征机械陀螺与加速度有 感系数 ： 关的指标，反映陀螺仪在加速度作用下的性能。此系 数在光学陀螺仪中一般不考虑。单位:(deg/h/g) 启动时间turn-on-time：陀螺仪在规定工作条件下，从 ： 启动时间 加电开始至达到规定性能所需要的时间。单位:(s)
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惯性器件性能精度的主要标志
习惯上按照C.S.Draper的意见：以漂移速率为地球转速 的千分之一为参考，如果陀螺漂移小于0.015°/h，可 以满足一般精度的惯导系统的需要。以此为界限，分为： 惯性级： <0.015°/h 战术级：0.1 °/h 速率级5页
第二节 2. 惯性器件的误差模型 2.1 误差模型的概念及原理 2.2 陀螺仪的误差模型 2.3 加速度计的误差模型 2.4 误差模型的说明
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陀螺仪的性能指标
精度性能指标： 精度性能指标：阈值和分辨率；标度因数及误差；输 出非线性误差；零位输出；交叉耦合输出； g0漂移速率； g1漂移速率；g2漂移速率；随机漂移速率；与时间有关 的性能稳定性；与重复启动有关的性能稳定性； 电气性能指标：陀螺电动机电源的相数、电压、频率、 电气性能指标 电流和功率；信号器电源的电压、频率和标度因数；力 矩器的施矩电流、功率、阻抗和标度因数；温度控制电 源的电流和功率。
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陀螺仪的性能指标
机械性能指标：测量范围或转角自由度；陀螺动量矩； 机械性能指标 陀螺转子转动惯量；陀螺转子转速；时间常数；阻尼系数； 固有频率；启动、停转时间；安装对准要求。 环境条件： 环境条件：环境压力范围；环境温度范围；环境湿度范 围；振动；冲击；电磁环境；辐射环境。 寿命和可靠性： 寿命和可靠性：工作寿命；启动次数；平均故障间隔时 间等。
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共105页
陀螺仪的性能指标
标度因数Scale factor： 标度因数Scale factor：陀螺仪输出量与输入角速率 的比值。用某一特定直线的斜率表示，该直线是根据 整个输入角速率的范围内测得的输入输出数据，用最 小二乘法拟合求得。
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陀螺仪的性能指标
标度因数非线性度scale nonlinearity： 标度因数非线性度scale factor nonlinearity：在输入 角速度范围内，陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线 的最大偏差值与最大输出量之比。单位：(%，ppm) 标度因数不对称度scale asymmetry： 标度因数不对称度scale factor asymmetry：在输入角速 率范围内，陀螺仪正、反方向输入角速率的标度因数差值 预期平均值之比。单位：(%，ppm)
零偏稳定性Bias stability：当输入角速度为零时，衡 零偏稳定性 ： 量陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。以规定时间 内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也 可称为零漂。单位：（deg/h，deg/s） 零偏重复性Bias repeatability：当输入角速度为零时， 零偏重复性 ： 在同样条件及规定时间间隔内，多次通电过程中，陀 螺仪零偏相对其均值的离散程度。以多次测试所得零 偏的标准偏差表示。单位：（deg/h，deg/s）
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第一节 1. 惯性器件的性能指标 1.1 陀螺仪的性能指标 1.2 加速度计的性能指标 1.3 惯性器件性能精度的主要标志
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加速度计的性能指标
对于加速度计，它的性能指标也可分为精度性能、电气参数、 机械参数、环境条件和寿命等，列出如下： 精度性能指标： 精度性能指标：阈值和分辨率；标度因数及误差；输出非线 性误差；零位输出；交叉耦合误差；随机误差与时间有关的 性能稳定性；与重复启动有关的性能稳定性。 电气性能指标： 电气性能指标：信号器电源的电压、频率和标度因数；力矩 器的施矩电流、功率、阻抗和标度因数；温度控制电源的电 流和功率。
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加速度计的性能指标
二阶非线性系数： 二阶非线性系数：二阶非线性系数表示加速度计输出变 化与平行于输入基准轴的外加加速度的平方之间的比例 常数。在模型方程中，二阶非线性系数是以K2来表示。 三阶非线性系数： 三阶非线性系数：三阶非线性系数表示加速度计输出变 化与平行于输入基准轴的外加加速度三次方之间关系的 比例常数。在模型方程中，三阶非线性系数是以K3来表示。
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陀螺仪的性能指标
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陀螺仪的性能指标
随机游走系数random coefficient： 随机游走系数random walk coefficient：表征陀螺 仪中角速度输出白噪声大小的一项技术指标，它反映 的是陀螺仪输出的角速度积分(角度)随时间积累的不 确定性(角度随机误差)，因此也可称为角随机游走。 单位:(deg/√h) 频带宽度bandwidth： 频带宽度bandwidth：陀螺仪频率特性测试中，规定 bandwidth 在测得的幅频特性中幅值降低3dB所对应的频率范围。 单位:(Hz)