本发明提供了一种惯性仪表性能地面测试系统效能分析方法，属于一种惯性仪表性能地面测试系统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，将分系统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系统的相似度。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，可以为其他仿真系统的效能分析提供参考借鉴。
1.一种惯性仪表性能地面测试系统效能分析方法，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系统的可信度，评价地面仿真系统与实际运行状况的相似度，通过上述分系统与实际运行工作情况的相似程度来确定，所以选择上述分系统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系统相似元的值：(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：‑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；
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：
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；
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；
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：
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；
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；
同理，主要考虑振动激励的范围和精度，确定该相似元的值；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
同理，主要考虑电场激励的范围和精度，确定该相似元的值；
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；
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；
根据系统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)，由于对系统的认识程度不同，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；
在上面分析之后，还要对各个相似元进行归一标准化，采用公式 向量归一法需要评估值都大于等于0，标准化后的值在0和1之间，并且其中，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个分系统，m表示系统的分系统数量，j表示该分系统第j个子系统，ij表示第i个分系统的第j个子系统；
步骤四：计算仿真系统的相似度由于系统间对应的元素看成相似元，则相似度为：其中，βi表示第i个分系统对应相似元的权重，Qi表示第i个分系统对应相似元的值，对于分系统中拥有子系统的Qi的值计算方式为：由专家确定各子系统权重系数βij并将其与对应的子系统相似元Qij相乘并求和，其中，i表示第i个分系统，j表示分系统中第j个子系统；
2.根据权利要求1所述的一种惯性仪表性能地面测试系统效能分析方法，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。
一种惯性仪表性能地面测试系统效能分析方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种惯性仪表性能地面测试系统效能分析方法，属于惯性测试技 术领域。
背景技术
[0002] 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，在实际系统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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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，目的是提高惯导系统
的精度，但其中没有设计测试效能的分 析。
[0006] 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系统效能分析方法，根据 仿真系统可信度
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
场激励等子激励系统的可信度，综合计算得 到惯性仪表仿真测试系统的整体可信度，对惯
性仪表地面仿真测试系统的效能 进行评估。
发明内容
[0007] 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 表性能地面测试系统效能分析方法。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009] 一种惯性仪表性能地面测试系统效能分析方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤一：选择相似元
[0011] 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系统的可 信度，评价地面仿
真系统与实际运行状况的相似度，通过上述分系统与实际运行 工作情况的相似程度来确
定，所以选择上述分系统与实际情况的相似程度作为相 似元；
[0012] 步骤二：确定相似元的值
[0013] 确定每个分系统，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：
[0014] 步骤三：确定权系数
[0015] 根据系统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，
[0016] 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)，由于对系统的认识程度不同，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；
[0017] 在上面分析之后，还要对各个相似元进行归一标准化，采用公式 向量归一法需要评估值都大于等于0，标准化后的值在0和1 之间，并且
[0018] 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个分系统，m表示系统的分系统数量，j表示该分系统第j个子系统，ij 表示第i个分系统
的第j个子系统；
[0019] 步骤四：计算仿真系统的相似度
[0020] 由于系统间对应的元素看成相似元，则相似度为：
[0021]
[0022] 其中，βi表示第i个分系统对应相似元的权重，Qi表示第i个分系统对应 相似元的值，对于分系统中拥有子系统的Qi的值计算方式为：由专家确定各子 系统权重系数βij并将
其与对应的子系统相似元Qij相乘并求和，其中，i表示第 i个分系统，j表示分系统中第j个
子系统；由此得到仿真系统的相似度Q。
[0023] 本发明的有益效果为：
[0024] 本发明能够实现惯性仪表地面测试系统效能分析，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。
[0025] 本发明提供一种惯性仪表地面测试系统效能分析方法，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，
客观量化分析测试系统的可信度。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，可以为其他仿真系统的效能 分析提供参考借鉴。
具体实施方式
[0026] 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。
[0027] 本实施例所涉及的一种惯性仪表性能地面测试系统效能分析方法，包括以下 步骤：
[0028] 步骤一：选择相似元
[0029] 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系统的可 信度，评价地面仿
真系统与实际运行状况的相似度，通过上述分系统与实际运行 工作情况的相似程度来确
定，所以选择上述分系统与实际情况的相似程度作为相 似元；
[0030] 步骤二：确定相似元的值
[0031] 确定每个分系统相似元的值：
[0032] (2.1)角度激励
[0033] 主要考虑精度的影响，采用下述公式确定其相似元的值：
[0034] Q1(x)＝1‑e‑0.047x
[0035] 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；
[0036] (2.2)速度激励
[0037] 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：
[0038] 1)覆盖范围：
[0039] Q21(x)＝1‑e‑0.049x
[0040] 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；
[0041] 2)速度精度：
[0042]
[0043] 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；
[0044] (2.3)加速度激励
[0045] 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：
[0046] 1)覆盖范围：
[0047] Q31(x)＝1‑e‑0.039x
[0048] 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；
[0049] 2)加速度精度：
[0050]
[0051] 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；
[0052] (2.4)振动激励
[0053] 同理，主要考虑振动激励的范围和精度，确定该相似元的值；
[0054] 1)覆盖范围：
[0055] Q41(x)＝1‑e‑0.05x
[0056] 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；
[0057] 2)振动精度：
[0058]
[0059] 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；
[0060] (2.5)温度激励
[0061] 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；
[0062] 1)覆盖范围：
[0063] Q51(x)＝1‑e‑0.055x
[0064] 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；
[0065] 2)温度精度：
[0066]
[0067] 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；
[0068] (2.6)湿度激励
[0069] 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；
[0070] 1)覆盖范围：
[0071] Q61(x)＝1‑e‑0.045x
[0072] 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；
[0073] 2)湿度精度：
[0074]
[0075] 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；
[0076] (2.7)磁场激励
[0077] 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；
[0078] 1)覆盖范围：
[0079] Q71(x)＝1‑e‑0.05x
[0080] 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；
[0081] 2)磁场精度：
[0082]
[0083] 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；
[0084] (2.8)电场激励
[0085] 同理，主要考虑电场激励的范围和精度，确定该相似元的值；
[0086] 1)覆盖范围：
[0087] Q81(x)＝1‑e‑0.052x
[0088] 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；
[0089] 2)电场精度：
[0090]
[0091] 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；
[0092] 步骤三：确定权系数
[0093] 根据系统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，
[0094] 专家咨询法的具体过程为:
[0095] 1)确定专家组；挑选出k位适合的专家，组成一个专家组；
[0096] 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；
[0097] 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；
[0098] 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。
[0099] 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)，由于对系统的认识程度不同，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；
[0100] 在上面分析之后，还要对各个相似元进行归一标准化，采用公式 向量归一法需要评估值都大于等于0，标准化后的值在0和1 之间，并且
[0101] 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个分系统，m表示系统的分系统数量，j表示该分系统第j个子系统，ij 表示第i个分系统
的第j个子系统；
[0102] 步骤四：计算仿真系统的相似度
[0103] 由于系统间对应的元素看成相似元，则相似度为：
[0104]
[0105] 其中，βi表示第i个分系统对应相似元的权重，Qi表示第i个分系统对应 相似元的值，对于分系统中拥有子系统的Qi的值计算方式为：由专家确定各子 系统权重系数βij并将
其与对应的子系统相似元Qij相乘并求和，其中，i表示第 i个分系统，j表示分系统中第j个
子系统；由此得到仿真系统的相似度Q。
[0106] 实施例1
[0107] 假定某一测试系统，单纯考虑角度激励和角速度激励，测试系统的角度精度 0.0001°，已知待测惯性仪表角度精度0.0005°，速度范围0‑20°/s，测试系统的 速度范围0‑
30°/s，速度精度0.0005，根据上文，可知：
[0108] 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
[0109] 对于速度激励：Q21(x)＝1‑e‑0.49x＝1‑e‑0.49×(30/20)＝0.52
[0110] Q22(x)＝Q22(0.0005)＝0.5
[0111] 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。
[0112] 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 出测试系统总的效能：Q＝β1Q1+β2Q2＝0.72
[0113] 因此上述分系统包括角度激励、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，每个分系统的相似元记为Qi，对于分系统 又包含子系统的，
需要分解成Qi1，Qi2，Qi3等，对于分系统中拥有子系统的Qi的 值计算方式为：由专家确定各
子系统权重系数βij并将其与对应的子系统相似元 Qij相乘并求和，计算出该分系统对应的
总的相似元的值，这样每个分系统都有 相似元的值、权重系数之后，再根据步骤四的公式
计算大系统的相 似度。
[0114] 也就是说，上述分析过程，可以针对子系统求对应其上一级分系统的相似元， 也可以针对分系统求对应上一级大系统的相似度。
[0115] 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。
