恒速偏頻激光陀螺尋北系統(tǒng)精度與快速性影響因素與機(jī)理研究.pdf

1、傳統(tǒng)擺式陀螺尋北儀一般只能在完全靜止?fàn)顟B(tài)下使用，雖然可達(dá)到數(shù)角秒的精度，但抗擾動性較差，且尋北時間較長。近年來，高精度激光陀螺和高精度石英撓性加速度計(jì)的研制不斷取得進(jìn)展。因而，高精度自主式捷聯(lián)式尋北系統(tǒng)正越來越成為慣性技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　提高尋北精度、縮短反應(yīng)時間是尋北系統(tǒng)研制過程中的核心任務(wù)。為了滿足高精度快速尋北需求，本論文重點(diǎn)研究了陀螺隨機(jī)誤差、IMU旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案、系統(tǒng)參數(shù)誤差和典型環(huán)境對連續(xù)旋轉(zhuǎn)式尋北系統(tǒng)的尋北精度與

2、快速性的影響機(jī)理，針對相應(yīng)的實(shí)際工程應(yīng)用問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，通過仿真與實(shí)際測試驗(yàn)證了所提出的各種算法的有效性。
　　論文的主要研究工作和研究成果總結(jié)如下：
　　1.提出采用快速正交搜索算法分離陀螺測量輸出中恒速偏頻轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)、系統(tǒng)中周期性信號干擾等影響因素，并通過陀螺隨機(jī)誤差序列求差消除了偏頻轉(zhuǎn)臺隨機(jī)誤差的影響，提取出陀螺隨機(jī)噪聲誤差序列，通過提高陀螺隨機(jī)噪聲誤差的采樣頻率，有效地測定了恒速偏頻激光陀螺的平均角隨機(jī)游走誤差系

3、數(shù)，驗(yàn)證了恒速偏頻激光陀螺相對于抖動偏頻激光陀螺角隨機(jī)游走誤差較小的優(yōu)勢，為尋北系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和器件遴選奠定了基礎(chǔ)。
　　2.提出采用隨機(jī)線性系統(tǒng)理論的解析分析方法，建立了尋北系統(tǒng)靜基座對準(zhǔn)Kalman濾波器模型，采用隨機(jī)可控制性能夠定量分析轉(zhuǎn)臺恒速轉(zhuǎn)動情況下陀螺隨機(jī)噪聲誤差對系統(tǒng)濾波狀態(tài)估計(jì)精度的影響，采用基于隨機(jī)可觀測性的可觀測度解析方法能夠定量分析速度觀測噪聲、角速率觀測噪聲和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速等對系統(tǒng)濾波狀態(tài)收斂快速性的影響。通過定量

4、分析噪聲統(tǒng)計(jì)特性對方位連續(xù)旋轉(zhuǎn)式尋北系統(tǒng)濾波狀態(tài)的收斂速度和精度的影響，并利用單軸恒速偏頻激光陀螺尋北系統(tǒng)原理樣機(jī)進(jìn)行實(shí)際測試，揭示了恒速偏頻激光陀螺相對于抖動偏頻激光陀螺尋北精度高的機(jī)理。
　　3.提出基于擴(kuò)張線性測量的觀測模型對傳統(tǒng)靜基座對準(zhǔn)Kalman濾波器模型進(jìn)行改進(jìn)，通過分析方位連續(xù)旋轉(zhuǎn)式尋北系統(tǒng)中IMU測量輸出的誤差特性，得到尋北系統(tǒng)濾波狀態(tài)的線性等價(jià)約束測量信息，從而提高了方位角收斂的精度和快速性。靜基座單位置實(shí)驗(yàn)結(jié)

5、果表明，對準(zhǔn)時間為600 s時，采用傳統(tǒng)濾波模型尋北精度為24.83″(1σ)，而采用改進(jìn)濾波模型尋北精度能夠達(dá)到6.78″(1σ)。
　　4.提出將主要系統(tǒng)參數(shù)誤差對航向敏感誤差的作用量進(jìn)行整體標(biāo)定，分析了航向敏感誤差產(chǎn)生的機(jī)理，在不需外部基準(zhǔn)和拆卸設(shè)備的情況下，采用最小二乘算法對航向敏感誤差進(jìn)行了有效的在線補(bǔ)償。靜基座多位置實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不需要系統(tǒng)完全調(diào)平（<3o）的情況下，采用改進(jìn)濾波模型、對準(zhǔn)時間為600 s時，未補(bǔ)償航