[科普中国]-惯导测试

国内外技术发展

惯导测试与运动仿真设备与技术的发展历史町以追溯到一百多年前的约翰-布瓦士仪器(Jchil Brashem—Instrument)和戈瓦茨光学(Goerz Optical)公司，到了20世纪60年代。美国Goerz OptieaI与电机生产氽业科尔摩根(Kolhnorgan)公司英兰德(Inland)电机分公司合并，并于1974年更名为康垂威尔斯·戈瓦茨公司(Contraves Goerz Corporation，CGC)，也就是著名的CGC公司，它与20世纪60年代初期建立的美国卡克电子(Carco Electroni)公司成为当时实力最强的两家专业化惯导测试与运动仿真设备研制、生产企业。CGC公司当时每年的生产规模在300轴以l：，其开发的精密角度实时测量控制系统——30H系统也有较大影响力。90年代初期，CGC的IGTS部分被卡克(Carco)公司收购，而瑞士阿克尼克集团(Acutronic Group)和美围本顿(Benton)公司于1993年合并，并于2005年并购了CarcoElectroni公司，从而形成了全球规模最大、实力最强的专业化惯导测试与运动仿真研制、生产企业——阿克尼克公司。其他专业企业还有法国的沃尔福特(Wuilfert)公司及美国爱德尔·史密斯(Ideal Aerosmith)公司等，其产品各其特色。1

惯导测试转台惯导测试转台重在对被测试的惯导器件如陀螺仪、加速度计、捷联惯导系统的角度、速度、加速度等动态指标和位置指标进行高精度的测试或标定，有些转台还可结合环境测试箱进行复合测试。该类转台的研制难点在于提供的角度、速度、加速度等性能指标的精度要高于被测试产品的同类性能指标，因此可称之为精度需求类转台。转台根据测试功能的需要设计成单轴、双轴、三轴或多轴形式，并有维持转轴运动的相应数量的框架结构。工作平台在转台的控制系统控制下，依据转台的轴数实现一维、二维、三维运动。因此转台有单轴转台、双轴转台、三轴转台、五轴转台、异形多轴转台、复合转台等不同类型。1

测试方法惯性敏感器和惯性系统有非常广泛的应用范围，包括提供船舶和潜艇中所需要的极高精度的导航到短时间飞行的导弹飞行控制用的参数测量。这些应用所需的性能范围差别达8或9个数量级。同样，敏感器及系统要求所处的工作环境变化范围也很大，从较为平静的海上使用，到敏捷的对空和空空导弹在超声速或高超声速飞行时所承受的极高动态作用力的应用。为保证这些惯性敏感器和惯性系统满足应用的全部性能要求，需要对其进行测试和标定。

测试和标定方法需要反映应用的类型，同时要反映敏感器和系统的实际工作环境。要确定敏感器不仅能够经受主运载体产生的振动、冲击和加速度，且能可靠工作，而且要保证它们对测试和标定过程具有足够的耐久性和承受能力。

惯性敏感器测试的目的之一是求取这些方程的系数及各种误差项，从而可以预测其在特定情况下的性能。在建立敏感器的性能指标或性能特征后，各类系统误差可以加以补偿，从而提高其精度。其他的测试目的是对输出信号加以标定，并掌握该器件在各种状态和环境下的性能。

敏感器和系统的测试与标定对主运载体的造价和性能具有极其重要的影响，测试不充分或过分严格都会造成不良后果。由于测试项目不同的条件和要求，则有很多不同的方法可以遵循。

对敏感器的测试一般有三种：检定测试、验收测试和可靠性测试。检定测试倾向于对敏感器进行最大范罔和最严格的测试。这些测试通常由厂商在敏感器投产前进行，用于表明某一设计能够满足需求并具有合适的公差范围。验收测试是在敏感器的生产阶段进行，用于检查选定的参数并确定敏感器标定所需的数据。试验可能要对生产的敏感器逐个进行，也可能进行批次抽样，测试的数量根据一定的统计规定来确定。可靠性测试通常是指在某个生产批次中以随机抽样方式选择一个敏感器的样本并对其进行标准工作条件下的测试，以建立平均无故障时间。1

测试原理根据被测的敏感器或系统以及所需的评价方式，可以采用静态或动态测试方法。在静态测试情况下，器件保持同定并观测其对一定的自然效应或现象的响应。例如，由地球重力产生的响应可以通过一一个加速度计放置在不同的方向来进行观测，当进行动态测试时，使被测敏感器运动，监视该器件对该扰动的响应并与施加的激励进行比较。

确定敏感器或系统的特性可以采取下列三步方法。

①采用非常简单的测试进行粗检或粗评价，如在试验台上进行单一的静态位置测试以确定其响应是否与设计的预测相一致。

②多位置测试进行静态测试、标定以获得器件的性能参数。

③进行动态测试，测试时器件处于运动状态，如旋转或具有加速度的线性运动。这种形式的测试需要专门的测试设备，如速率转台或振动台。

惯性敏感器和系统在整个开发阶段要经受不同的测试和标定。在样机或初始研究开发阶段，要设计测试策略以评估器件的性能边界，确定对什么有作用，且不会造成对器件的损坏，这是因为器件样机通常非常昂贵。测试可以安排在系列试验中的单项试验，每次只改变诸多环境激励中的一个，以便了解敏感器的响应并确定其特性，须记录全部测试的详细内容和获得的结果。

许多项目制订组合测试方案。即通过一个测试方案，采用最少量的测试确定系统的性能和可靠性，以节省测试用时。在测试方案中，从检定测试和验收测试中记录的数据可以作为组合测试方案的输入，特别是关于运行数据及与时问有关的性能的变化。这些数据可以评估该系统潜在的性能及平均无故障间隔时间。一般而言，对敏感器进行更为精确的评估则需要在测试实验室和专用测试设备上进行，某些器件将被测试到破坏的程度。

当敏感器的生产量较大时，厂家的测试通常是要确定敏感器符合制造规范并对其进行标定。对于敏感器大批量生产中可能存在性能大范围变化的情况，测试可以对敏感器的性能进行分级，将它们列到合适的应用中。这种方法已经被很多厂商所采用。

验收测试的原则通常是确定某一类敏感器或一个惯性系统对主运载体的适用性。这些测试要保证该器件在运载体上能正常工作，而不会影响其系统完整性或安全性。2