光纖陀螺單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文以高精度光纖陀螺單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的研制為目標(biāo)，從理論和工程實(shí)現(xiàn)兩個方面對單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)誤差自補(bǔ)償技術(shù)、高精度光纖陀螺隨機(jī)誤差建模與濾波方法、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法以及單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)的系統(tǒng)級標(biāo)校等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，完成了高精度光纖陀螺單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的研制和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。論文主要內(nèi)容如下:
　　1.研究了單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差調(diào)制機(jī)理。慣導(dǎo)系統(tǒng)中陀螺常值漂移會引起系統(tǒng)隨時間積累的誤差，同時陀螺組件標(biāo)度因數(shù)誤差以及安裝誤差在旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)中

2、的誤差傳播規(guī)律也會發(fā)生變化，本文對單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的陀螺常值漂移、標(biāo)度因數(shù)誤差以及安裝誤差調(diào)制機(jī)理進(jìn)行了深入分析。研究了轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)測角精度對旋轉(zhuǎn)調(diào)制精度影響，指出轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)測角精度誤差與慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出姿態(tài)角誤差呈線性關(guān)系。在數(shù)學(xué)仿真環(huán)境下分析了慣性測量單元靜止和單軸旋轉(zhuǎn)兩種情況下慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航誤差。
　　2.研究了光纖陀螺隨機(jī)誤差的建模與濾波方法。光纖陀螺是單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的核心器件，而陀螺的隨機(jī)誤差又是所有誤差源中最難以補(bǔ)償?shù)囊豁椪`

3、差。為了抑制隨機(jī)誤差對系統(tǒng)導(dǎo)航性能的影響，利用時間序列分析法建立了隨機(jī)誤差模型，提出了解耦自適應(yīng)Kalman濾波器對光纖陀螺隨機(jī)誤差進(jìn)行濾波。應(yīng)用實(shí)際系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)對該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法相比傳統(tǒng)Kalman濾波方法具有更好的濾波效果。
　　3.研究了單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)方法。精對準(zhǔn)過程中轉(zhuǎn)動慣性測量單元可以提高系統(tǒng)狀態(tài)的可觀測性，利用SVD可觀測度分析法對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了可觀測性分析，分析結(jié)果表明，慣性器件的周期性轉(zhuǎn)

4、動使得不可觀測的狀態(tài)變得可觀測，部分狀態(tài)量的可觀測性也得到了提高。針對慣性器件轉(zhuǎn)動引起的“鋸齒速度”誤差對濾波器估計精度的影響，提出了改進(jìn)的Kalman濾波方法。在試驗(yàn)樣機(jī)上對改進(jìn)后的Kalman濾波器進(jìn)行了充分驗(yàn)證，結(jié)果表明本文所提出的改進(jìn)方法能夠有效避免慣性器件轉(zhuǎn)動引起的濾波輸出誤差。
　　4.研究了方位陀螺漂移精確辨識方法。單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中方位陀螺漂移無法被調(diào)制，且會引起慣導(dǎo)系統(tǒng)隨時間積累的位置誤差。為了提高單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系

5、統(tǒng)長時間導(dǎo)航精度，提出了一種精確標(biāo)校方位陀螺漂移的方法，在導(dǎo)航算法流程中引入水平阻尼網(wǎng)絡(luò)以抑制系統(tǒng)舒拉振蕩誤差。建立了經(jīng)緯度誤差與方位陀螺漂移、初始航向角誤差之間的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計了一種合理的標(biāo)校流程，采用最小二乘法對方位陀螺漂移進(jìn)行精確辨識。對該方法進(jìn)行了數(shù)學(xué)仿真與實(shí)際系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該方法能夠精確辨識慣導(dǎo)系統(tǒng)的方位陀螺常值漂移，進(jìn)一步提高了單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)定位精度。
　　5.研究了單軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)的系統(tǒng)級標(biāo)校方法。為了提高單

6、軸旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)長時間導(dǎo)航精度，提出了一種慣性器件誤差系統(tǒng)級標(biāo)校方法。對慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差參數(shù)進(jìn)行了分析，指出東向陀螺漂移和方位失準(zhǔn)角是影響方位陀螺誤差估計精度的主要誤差源，利用Kalman濾波器在線估計慣導(dǎo)系統(tǒng)失準(zhǔn)角，對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償后，再次使用Kalman濾波器對慣性測量單元誤差進(jìn)行在線估計，研究了“位置匹配”Kalman濾波算法。對該方法進(jìn)行了數(shù)學(xué)仿真和實(shí)際系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明本文所提出的方法能夠準(zhǔn)確估計慣性器件誤差，誤差補(bǔ)償后的慣導(dǎo)系