CN111879348B - 一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法 - Google Patents
一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法,属于一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法技术领域。本发明通过选择相似元,根据误差激励需求,拆分成角度激励、速度激励、加速度激励、振动激励、温度激励、湿度激励、磁场激励和电场激励,将分***与实际情况的相似程度作为相似元;然后确定相似元的值,确定权系数然后计算仿真***的相似度。本发明提供的评估方法原理清晰、计算简单,具有比较广泛的适用范围,可以为其他仿真***的效能分析提供参考借鉴。
Description
技术领域
本发明涉及一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法,属于惯性测试技 术领域。
背景技术
惯性仪表可以不依赖于GPS、北斗等实现自主导航定位,在航空、航天、 航海、舰艇等领域有着广泛的应用,关系国计民生。惯性仪表包含光、机、 电、液、气、磁等多种高精密元件,在实际***中工作时除了要承受过载、振 动、冲击等作用,还将受到温度场、压力场、电场、磁场和重力场等环境扰动 因素的影响,其误差形成机理十分复杂。惯性仪表的性能指标是空间和时间的 函数,研究惯性仪表的稳定性、重复性的机理显得非常重要。如果没有先进的 测试技术体系作为基础支撑,就不可能深刻地认识和理解惯性仪表误差的产生机理,无法准确、客观、全面地评估仪表的性能,难以对仪表的研制、生产和 使用提供切实可行的指导。
因此惯性仪表的地面测试在其研制、使用过程中的作用显得格外重要,而 地面仿真测试的一个关键问题是,如何确定地面仿真试验效能,也就是地面测 试结果在多大程度上说明惯性仪表在实际运行中的情况,也称为“天地一致 性”验证问题。
王常虹等在《惯性仪表测试技术的发展现状与趋势》(《导航与控制》,2017 年16卷,第4期,90-93页)分析了惯性仪表测试技术的囯内外发展现状,讨论了 几种典型的试验方法及存在的问题,但其中提及的方法及相关论文中并没有给 出测试效能分析的方法。
王世明在其论文“基于离心机的惯性仪表测试方法研究与误差分析”(哈尔 滨工业大学博士学位论文,2014年)中进行了惯性仪表的标定方法研究,包括陀 螺加速度计,石英加速度计(含惯性组合中的加速度计)以及单自由度陀螺仪等 的高阶项误差模型系数的标定方法,并分析各离心机误差对于误差模型系数标 定精度的影响,目的是提高惯导***的精度,但其中没有设计测试效能的分 析。
通过查阅文献,并没有查到关于惯性仪表测试设备或方法的效能分析的相 关文献。本发明的目的为提出一种惯性仪表地面测试***效能分析方法,根据 仿真***可信度理论,研究角度激励、速度激励、加速度激励、温度激励、湿 度激励、振动激励、磁场激励、电场激励等子激励***的可信度,综合计算得 到惯性仪表仿真测试***的整体可信度,对惯性仪表地面仿真测试***的效能 进行评估。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题,进而提供一种惯性仪 表性能地面测试***效能分析方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法,包括以下步骤:
步骤一:选择相似元
根据惯性仪表测试中的误差激励需求,拆分成角度激励、速度激励、加速度 激励、振动激励、温度激励、湿度激励、磁场激励和电场激励的子激励***的可 信度,评价地面仿真***与实际运行状况的相似度,通过上述分***与实际运行 工作情况的相似程度来确定,所以选择上述分***与实际情况的相似程度作为相 似元;
步骤二:确定相似元的值
确定每个分***,即角度激励、速度激励、加速度激励、振动激励、温度激 励、湿度激励、磁场激励和电场激励的相似元的值:
步骤三:确定权系数
根据***各相似元对测试结果的影响程度分析,采用基于专家咨询法的各相 似元的权重确定方法,
专家咨询法利用k位专家的经验和知识来确定n个指标的权重 βi(i=1,2,…n),由于对***的认识程度不同,可能出现未认知的因素或环节, 将未认知到的其他所有可能因素视作第n+1个因素,其相似元的值记为Qn+1, 权重为βn+1,鉴于此因素未知,对于测试效能发挥的影响程度也未知,故折中 选取相似元的值为Qn+1=0.5,通过专家咨询法确定权重βn+1;
其中,xij表示归一化前的各相似元的值,yij表示归一化后的相似元的值,i 表示第i个分***,m表示***的分***数量,j表示该分***第j个子***,ij 表示第i个分***的第j个子***;
步骤四:计算仿真***的相似度
由于***间对应的元素看成相似元,则相似度为:
其中,βi表示第i个分***对应相似元的权重,Qi表示第i个分***对应 相似元的值,对于分***中拥有子***的Qi的值计算方式为:由专家确定各子 ***权重系数βij并将其与对应的子***相似元Qij相乘并求和,其中,i表示第 i个分***,j表示分***中第j个子***;由此得到仿真***的相似度Q。
本发明的有益效果为:
本发明能够实现惯性仪表地面测试***效能分析,并且从角度激励、速度激 励、加速度激励、振动激励、温度激励、湿度激励、磁场激励、电场激励以及位 置因素影响等多方面进行可信度的定量分析,全面、定量化。
本发明提供一种惯性仪表地面测试***效能分析方法,将效能评估问题转化 为相似度问题,从角度激励、速度激励、加速度激励、振动激励、温度激励、湿 度激励、磁场激励、电场激励以及位置因素影响等多方面定量分析“天地一致性” 问题,基于可信度理论,客观量化分析测试***的可信度。本发明提供的评估方 法原理清晰、计算简单,具有比较广泛的适用范围,可以为其他仿真***的效能 分析提供参考借鉴。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步的详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施,给出了详细的实施方式,但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本实施例所涉及的一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法,包括以下 步骤:
步骤一:选择相似元
根据惯性仪表测试中的误差激励需求,拆分成角度激励、速度激励、加速度 激励、振动激励、温度激励、湿度激励、磁场激励和电场激励的子激励***的可 信度,评价地面仿真***与实际运行状况的相似度,通过上述分***与实际运行 工作情况的相似程度来确定,所以选择上述分***与实际情况的相似程度作为相 似元;
步骤二:确定相似元的值
确定每个分***相似元的值:
(2.1)角度激励
主要考虑精度的影响,采用下述公式确定其相似元的值:
Q1(x)=1-e-0.047x
其中,x为角度激励的精度与惯性仪表精度的比值倍数,Q1(x)为角度激励相 似元的值;
(2.2)速度激励
主要考虑速度的覆盖范围、精度因素的影响,采用下述公式确定其相似元的 值:
1)覆盖范围:
Q21(x)=1-e-0.049x
其中,x表示转台的速度范围占惯性仪表范围的百分比,Q21(x)为速度激励 覆盖范围相似元的值;
2)速度精度:
其中,x表示速度精度,Q22(x)为速度激励速度精度相似元的值;
(2.3)加速度激励
主要考虑速度的覆盖范围、精度因素的影响,采用下述公式确定其相似元的 值:
1)覆盖范围:
Q31(x)=1-e-0.039x
其中,x表示加速度范围占惯性仪表范围的百分比,Q31(x)为加速度激励覆 盖范围相似元的值;
2)加速度精度:
其中,x表示加速度精度,Q32(x)为加速度激励加速度精度相似元的值;
(2.4)振动激励
同理,主要考虑振动激励的范围和精度,确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q41(x)=1-e-0.05x
其中,x表示振动激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q41(x)为振动激励覆 盖范围相似元的值;
2)振动精度:
其中,x表示振动激励精度,Q42(x)为振动激励振动精度相似元的值;
(2.5)温度激励
同理,主要考虑温度激励的范围和精度,以及温度变化与实际工作情况的相 似程度,从而确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q51(x)=1-e-0.055x
其中,x表示温度激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q51(x)为温度激励覆 盖范围相似元的值;
2)温度精度:
其中,x表示温度激励精度,Q52(x)为温度激励温度精度相似元的值;
(2.6)湿度激励
同理,主要考虑湿度激励的范围和精度,从而确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q61(x)=1-e-0.045x
其中,x表示湿度激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q61(x)为湿度激励覆 盖范围相似元的值;
2)湿度精度:
其中,x表示湿度激励精度,Q62(x)为湿度激励湿度精度相似元的值;
(2.7)磁场激励
同理,主要考虑磁场激励的范围和精度,以及磁场变化与实际工作情况的相 似程度,从而确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q71(x)=1-e-0.05x
其中,x表示磁场激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q71(x)为磁场激励覆 盖范围相似元的值;
2)磁场精度:
其中,x表示磁场激励精度,Q72(x)为磁场激励磁场精度相似元的值;
(2.8)电场激励
同理,主要考虑电场激励的范围和精度,确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q81(x)=1-e-0.052x
其中,x表示电场激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q81(x)为电场激励覆 盖范围相似元的值;
2)电场精度:
其中,x表示电场激励精度,Q82(x)为电场激励精度相似元的值;
步骤三:确定权系数
根据***各相似元对测试结果的影响程度分析,采用基于专家咨询法的各相 似元的权重确定方法,
专家咨询法的具体过程为:
1)确定专家组;挑选出k位适合的专家,组成一个专家组;
2)确定评估问题;根据要评估的问题,设计出调查问卷,如n个指标的权 重问题;
3)向专家发放调查问卷,然后收集专家建议,确定各个指标的权重值,通 常对专家给出的权重值进行归一化后取均值;
4)如果专家意见不一致,则将专家的上一次所得出的结果返回给专家,让 专家组再次调整,重复该步骤2-3次,或者直到专家之间意见基本一致,从而得 到最终的指标权重值。
专家咨询法利用k位专家的经验和知识来确定n个指标的权重 βi(i=1,2,…n),由于对***的认识程度不同,可能出现未认知的因素或环节, 将未认知到的其他所有可能因素视作第n+1个因素,其相似元的值记为Qn+1, 权重为βn+1,鉴于此因素未知,对于测试效能发挥的影响程度也未知,故折中 选取相似元的值为Qn+1=0.5,通过专家咨询法确定权重βn+1;
其中,xij表示归一化前的各相似元的值,yij表示归一化后的相似元的值,i 表示第i个分***,m表示***的分***数量,j表示该分***第j个子***,ij 表示第i个分***的第j个子***;
步骤四:计算仿真***的相似度
由于***间对应的元素看成相似元,则相似度为:
其中,βi表示第i个分***对应相似元的权重,Qi表示第i个分***对应 相似元的值,对于分***中拥有子***的Qi的值计算方式为:由专家确定各子 ***权重系数βij并将其与对应的子***相似元Qij相乘并求和,其中,i表示第 i个分***,j表示分***中第j个子***;由此得到仿真***的相似度Q。
实施例1
假定某一测试***,单纯考虑角度激励和角速度激励,测试***的角度精度0.0001°,已知待测惯性仪表角度精度0.0005°,速度范围0-20°/s,测试***的 速度范围0-30°/s,速度精度0.0005,根据上文,可知:
对于角度激励:x=0.0005/0.0001=5,Q1(x)=1-e-0.47x=1-e-0.47×5=0.9
对于速度激励:Q21(x)=1-e-0.49x=1-e-0.49×(30/20)=0.52
Q22(x)=Q22(0.0005)=0.5
据专家确定权重系数β21=0.2和β22=0.8,并且应用前面的公式计算出该分系 统对应的总的相似元的值,Q2=β21Q21+β22Q22=0.51。
再根据专家确定的权重系数β1=0.55和β2=0.45,并且应用前面的公式计算 出测试***总的效能:Q=β1Q1+β2Q2=0.72
因此上述分***包括角度激励、速度激励、加速度激励、振动激励、温度激 励、湿度激励、磁场激励和电场激励,每个分***的相似元记为Qi,对于分*** 又包含子***的,需要分解成Qi1,Qi2,Qi3等,对于分***中拥有子***的Qi的 值计算方式为:由专家确定各子***权重系数βij并将其与对应的子***相似元 Qij相乘并求和,计算出该分***对应的总的相似元的值,这样每个分***都有 相似元的值、权重系数之后,再根据步骤四的公式计算大***的相 似度。
也就是说,上述分析过程,可以针对子***求对应其上一级分***的相似元, 也可以针对分***求对应上一级大***的相似度。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,这些具体实施方式都是基于本 发明整体构思下的不同实现方式,而且本发明的保护范围并不局限于此,任何熟 悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换, 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书 的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:选择相似元
根据惯性仪表测试中的误差激励需求,拆分成角度激励、速度激励、加速度激励、振动激励、温度激励、湿度激励、磁场激励和电场激励的子激励***的可信度,评价地面仿真***与实际运行状况的相似度,通过上述分***与实际运行工作情况的相似程度来确定,所以选择上述分***与实际情况的相似程度作为相似元;
步骤二:确定相似元的值
确定每个分***相似元的值:
(2.1)角度激励
主要考虑精度的影响,采用下述公式确定其相似元的值:
Q1(x)=1-e-0.047x
其中,x为角度激励的精度与惯性仪表精度的比值倍数,Q1(x)为角度激励相似元的值;
(2.2)速度激励
主要考虑速度的覆盖范围、精度因素的影响,采用下述公式确定其相似元的值:
1)覆盖范围:
Q21(x)=1-e-0.049x
其中,x表示转台的速度范围占惯性仪表范围的百分比,Q21(x)为速度激励覆盖范围相似元的值;
2)速度精度:
其中,x表示速度精度,Q22(x)为速度激励速度精度相似元的值;
(2.3)加速度激励
主要考虑速度的覆盖范围、精度因素的影响,采用下述公式确定其相似元的值:
1)覆盖范围:
Q31(x)=1-e-0.039x
其中,x表示加速度范围占惯性仪表范围的百分比,Q31(x)为加速度激励覆盖范围相似元的值;
2)加速度精度:
其中,x表示加速度精度,Q32(x)为加速度激励加速度精度相似元的值;
(2.4)振动激励
同理,主要考虑振动激励的范围和精度,确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q41(x)=1-e-0.05x
其中,x表示振动激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q41(x)为振动激励覆盖范围相似元的值;
2)振动精度:
其中,x表示振动激励精度,Q42(x)为振动激励振动精度相似元的值;
(2.5)温度激励
同理,主要考虑温度激励的范围和精度,以及温度变化与实际工作情况的相似程度,从而确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q51(x)=1-e-0.055x
其中,x表示温度激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q51(x)为温度激励覆盖范围相似元的值;
2)温度精度:
其中,x表示温度激励精度,Q52(x)为温度激励温度精度相似元的值;
(2.6)湿度激励
同理,主要考虑湿度激励的范围和精度,从而确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q61(x)=1-e-0.045x
其中,x表示湿度激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q61(x)为湿度激励覆盖范围相似元的值;
2)湿度精度:
其中,x表示湿度激励精度,Q62(x)为湿度激励湿度精度相似元的值;
(2.7)磁场激励
同理,主要考虑磁场激励的范围和精度,以及磁场变化与实际工作情况的相似程度,从而确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q71(x)=1-e-0.05x
其中,x表示磁场激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q71(x)为磁场激励覆盖范围相似元的值;
2)磁场精度:
其中,x表示磁场激励精度,Q72(x)为磁场激励磁场精度相似元的值;
(2.8)电场激励
同理,主要考虑电场激励的范围和精度,确定该相似元的值;
1)覆盖范围:
Q81(x)=1-e-0.052x
其中,x表示电场激励范围占惯性仪表范围的百分比,Q81(x)为电场激励覆盖范围相似元的值;
2)电场精度:
其中,x表示电场激励精度,Q82(x)为电场激励精度相似元的值;
步骤三:确定权系数
根据***各相似元对测试结果的影响程度分析,采用基于专家咨询法的各相似元的权重确定方法,
专家咨询法利用k位专家的经验和知识来确定n个指标的权重βi(i=1,2,…n),由于对***的认识程度不同,可能出现未认知的因素或环节,将未认知到的其他所有可能因素视作第n+1个因素,其相似元的值记为Qn+1,权重为βn+1,鉴于此因素未知,对于测试效能发挥的影响程度也未知,故折中选取相似元的值为Qn+1=0.5,通过专家咨询法确定权重βn+1;
其中,xij表示归一化前的各相似元的值,yij表示归一化后的相似元的值,i表示第i个分***,m表示***的分***数量,j表示该分***第j个子***,ij表示第i个分***的第j个子***;
步骤四:计算仿真***的相似度
由于***间对应的元素看成相似元,则相似度为:
其中,βi表示第i个分***对应相似元的权重,Qi表示第i个分***对应相似元的值,对于分***中拥有子***的Qi的值计算方式为:由专家确定各子***权重系数βij并将其与对应的子***相似元Qij相乘并求和,其中,i表示第i个分***,j表示分***中第j个子***;由此得到仿真***的相似度Q。
2.根据权利要求1所述的一种惯性仪表性能地面测试***效能分析方法,其特征在于,所述步骤三中,专家咨询法的具体过程为:
1)确定专家组;挑选出k位适合的专家,组成一个专家组;
2)确定评估问题;根据要评估的问题,设计出调查问卷,如n个指标的权重问题;
3)向专家发放调查问卷,然后收集专家建议,确定各个指标的权重值,通常对专家给出的权重值进行归一化后取均值;
4)如果专家意见不一致,则将专家的上一次所得出的结果返回给专家,让专家组再次调整,重复该步骤2-3次,或者直到专家之间意见基本一致,从而得到最终的指标权重值。
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