恒速偏頻激光陀螺快速尋北算法比較研究.pdf

1、高精度尋北儀技術(shù)研究對于軍事、民用等許多應(yīng)用領(lǐng)域均具有重要意義。隨著激光陀螺技術(shù)的日漸成熟，采用激光陀螺研制高精度尋北儀成為可能。恒速偏頻式激光陀螺尋北方案，可克服機械抖動偏頻激光陀螺過鎖區(qū)產(chǎn)生的隨機游走誤差影響，顯著提高尋北精度和快速性。國內(nèi)學(xué)者在三個陀螺和三個加速度計組成的恒速偏頻激光陀螺尋北系統(tǒng)方面的研究已取得了一定的進展，研制成功了尋北儀樣機。但是，從降低尋北儀成本的角度，研究由單陀螺或者雙陀螺和單加速度計組成恒速偏頻激光陀螺尋

2、北儀的可行性和性能局限，仍具有實際意義。
　　單陀螺或者雙陀螺和單加速度計組成尋北儀的優(yōu)點是成本較低，缺點是由于測量信息較少，精度通常受到較大限制，并且抗擾動能力較差，通常只能在靜基座條件下應(yīng)用。本文以實驗室自主研制的高精度恒速偏頻激光陀螺尋北系統(tǒng)為研究對象，在Kalman濾波尋北算法基礎(chǔ)之上，提出基于虛擬陀螺、分時多位置測量的單、雙陀螺尋北方案，分析其誤差傳播機理，根據(jù)快速性收斂指標，分析Kalman濾波的收斂快速性，并進行實測

3、實驗驗證。并提出了基于正弦波正交檢測技術(shù)的單、雙、三陀螺尋北方案，更加直觀的說明了轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)存在錐動、周期性轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)和測角誤差，所引起的方向敏感誤差，對單、雙陀螺尋北精度的影響。并且通過實測實驗將方向敏感誤差測量出來，定量分析其產(chǎn)生原因和誤差影響程度。
　　論文主要進行了以下幾方面的研究工作：
　　1.基于尋北系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及12狀態(tài)的狀態(tài)方程，分析了恒速偏頻尋北系統(tǒng)的誤差傳播特性；介紹了在恒速偏頻狀態(tài)下，基于Kalman濾

4、波的尋北算法，分析其收斂快速性；以此為基礎(chǔ)，進行了單、雙陀螺尋北算法研究。
　　2.針對單陀螺尋北方案，介紹了基于虛擬陀螺原理的尋北算法。該算法的IMU由單個激光陀螺和一個石英加速度計組成，另外兩個陀螺和加速度計用虛擬陀螺和加速度計代替，組成三陀螺和三加速度計的IM U，就可以應(yīng)用改進的Kalman濾波算法進行尋北。
　　3.提出基于分時多位置測量原理的尋北算法，分析了周期性轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速誤差對分時多位置測量原理尋北算法的尋北結(jié)果

5、影響，應(yīng)用快速性收斂指標分析Kalman濾波的收斂快速性。采用單、雙陀螺和單加速度計組成的IMU，可以降低尋北系統(tǒng)的成本，但是相比于第二章使用三個激光陀螺的尋北算法而言，僅使用單個陀螺或兩個陀螺IMU系統(tǒng)的測量信息減少，所以精度有所下降，可以應(yīng)用到低成本低精度領(lǐng)域。
　　4.提出基于正弦波正交檢測技術(shù)的尋北方案。以單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)式陀螺尋北儀為研究對象，采用正交檢測技術(shù)尋北時，由于轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)存在錐動、周期性轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)和測角誤差，將引入方