慣導測試

慣導測試設備和運動仿真試驗設備都是以多軸運動為特徵，因此簡稱為轉台。慣導測試轉台系統(Inertial Guidance Test System，IGTS)主要為慣性元件或導航系統的性能測試提供精確的空間坐標定位、精密的角速率以及角加速度測試基準；運動仿真轉台一般又可分為飛行運動轉台(Flight Motion Simulator，FMS)和目標運動仿真轉台(Target Motion Simulator，TMS)，主要用於提供逼真的載體姿態和對目標的跟蹤運動模擬環境。運動仿真試驗設備針對的運動載體對象可以是飛機、太空飛行器、飛彈、艦船或地面車輛等，而模擬環境可能是單個載體的姿態角運動，也可能是多個載體問的相對運動、交匯對接過程以及其他物理參數等。

基本介紹

• 中文名：慣導測試
• 外文名：Guidance Test
• 所屬領域：航空航天
• 用途：測試慣導器件
• 儀器：慣導測試轉台
• 分類：單軸、雙軸等形式

國內外技術發展

慣導測試與運動仿真設備與技術的發展歷史町以追溯到一百多年前的約翰-布瓦士儀器(Jchil Brashem—Instrument)和戈瓦茨光學(Goerz Optical)公司，到了20世紀60年代。美國Goerz OptieaI與電機生產氽業科爾摩根(Kolhnorgan)公司英蘭德(Inland)電機分公司合併，並於1974年更名為康垂威爾斯·戈瓦茨公司(Contraves Goerz Corporation，CGC)，也就是著名的CGC公司，它與20世紀60年代初期建立的美國卡克電子(Carco Electroni)公司成為當時實力最強的兩家專業化慣導測試與運動仿真設備研製、生產企業。CGC公司當時每年的生產規模在300軸以l：，其開發的精密角度實時測量控制系統——30H系統也有較大影響力。90年代初期，CGC的IGTS部分被卡克(Carco)公司收購，而瑞士阿克尼克集團(Acutronic Group)和美圍本頓(Benton)公司於1993年合併，並於2005年併購了CarcoElectroni公司，從而形成了全球規模最大、實力最強的專業化慣導測試與運動仿真研製、生產企業——阿克尼克公司。其他專業企業還有法國的沃爾福特(Wuilfert)公司及美國愛德爾·史密斯(Ideal Aerosmith)公司等，其產品各其特色。

慣導測試轉台

慣導測試轉台重在對被測試的慣導器件如陀螺儀、加速度計、捷聯慣導系統的角度、速度、加速度等動態指標和位置指標進行高精度的測試或標定，有些轉台還可結合環境測試箱進行複合測試。該類轉台的研製難點在於提供的角度、速度、加速度等性能指標的精度要高於被測試產品的同類性能指標，因此可稱之為精度需求類轉台。轉台根據測試功能的需要設計成單軸、雙軸、三軸或多軸形式，並有維持轉軸運動的相應數量的框架結構。工作平台在轉台的控制系統控制下，依據轉台的軸數實現一維、二維、三維運動。因此轉台有單軸轉台、雙軸轉台、三軸轉台、五軸轉台、異形多軸轉台、複合轉台等不同類型。

測試方法

慣性敏感器和慣性系統有非常廣泛的套用範圍，包括提供船舶和潛艇中所需要的極高精度的導航到短時間飛行的飛彈飛行控制用的參數測量。這些套用所需的性能範圍差別達8或9個數量級。同樣，敏感器及系統要求所處的工作環境變化範圍也很大，從較為平靜的海上使用，到敏捷的對空和空空飛彈在超聲速或高超聲速飛行時所承受的極高動態作用力的套用。為保證這些慣性敏感器和慣性系統滿足套用的全部性能要求，需要對其進行測試和標定。

測試和標定方法需要反映套用的類型，同時要反映敏感器和系統的實際工作環境。要確定敏感器不僅能夠經受主運載體產生的振動、衝擊和加速度，且能可靠工作，而且要保證它們對測試和標定過程具有足夠的耐久性和承受能力。

慣性敏感器測試的目的之一是求取這些方程的係數及各種誤差項，從而可以預測其在特定情況下的性能。在建立敏感器的性能指標或性能特徵後，各類系統誤差可以加以補償，從而提高其精度。其他的測試目的是對輸出信號加以標定，並掌握該器件在各種狀態和環境下的性能。

敏感器和系統的測試與標定對主運載體的造價和性能具有極其重要的影響，測試不充分或過分嚴格都會造成不良後果。由於測試項目不同的條件和要求，則有很多不同的方法可以遵循。

對敏感器的測試一般有三種：檢定測試、驗收測試和可靠性測試。檢定測試傾向於對敏感器進行最大范罔和最嚴格的測試。這些測試通常由廠商在敏感器投產前進行，用於表明某一設計能夠滿足需求並具有合適的公差範圍。驗收測試是在敏感器的生產階段進行，用於檢查選定的參數並確定敏感器標定所需的數據。試驗可能要對生產的敏感器逐個進行，也可能進行批次抽樣，測試的數量根據一定的統計規定來確定。可靠性測試通常是指在某個生產批次中以隨機抽樣方式選擇一個敏感器的樣本並對其進行標準工作條件下的測試，以建立平均無故障時間。

測試原理

根據被測的敏感器或系統以及所需的評價方式，可以採用靜態或動態測試方法。在靜態測試情況下，器件保持同定並觀測其對一定的自然效應或現象的回響。例如，由地球重力產生的回響可以通過一一個加速度計放置在不同的方向來進行觀測，當進行動態測試時，使被測敏感器運動，監視該器件對該擾動的回響並與施加的激勵進行比較。

確定敏感器或系統的特性可以採取下列三步方法。

①採用非常簡單的測試進行粗檢或粗評價，如在試驗台上進行單一的靜態位置測試以確定其回響是否與設計的預測相一致。

②多位置測試進行靜態測試、標定以獲得器件的性能參數。

③進行動態測試，測試時器件處於運動狀態，如旋轉或具有加速度的線性運動。這種形式的測試需要專門的測試設備，如速率轉台或振動台。

慣性敏感器和系統在整個開發階段要經受不同的測試和標定。在樣機或初始研究開發階段，要設計測試策略以評估器件的性能邊界，確定對什麼有作用，且不會造成對器件的損壞，這是因為器件樣機通常非常昂貴。測試可以安排在系列試驗中的單項試驗，每次只改變諸多環境激勵中的一個，以便了解敏感器的回響並確定其特性，須記錄全部測試的詳細內容和獲得的結果。

許多項目制訂組合測試方案。即通過一個測試方案，採用最少量的測試確定系統的性能和可靠性，以節省測試用時。在測試方案中，從檢定測試和驗收測試中記錄的數據可以作為組合測試方案的輸入，特別是關於運行數據及與時問有關的性能的變化。這些數據可以評估該系統潛在的性能及平均無故障間隔時間。一般而言，對敏感器進行更為精確的評估則需要在測試實驗室和專用測試設備上進行，某些器件將被測試到破壞的程度。

當敏感器的生產量較大時，廠家的測試通常是要確定敏感器符合製造規範並對其進行標定。對於敏感器大批量生產中可能存在性能大範圍變化的情況，測試可以對敏感器的性能進行分級，將它們列到合適的套用中。這種方法已經被很多廠商所採用。

驗收測試的原則通常是確定某一類敏感器或一個慣性系統對主運載體的適用性。這些測試要保證該器件在運載體上能正常工作，而不會影響其系統完整性或安全性。