旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著光纖陀螺相關(guān)技術(shù)的成熟,以光纖陀螺為基礎(chǔ)構(gòu)建的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)將越來越多的應(yīng)用于航空、航天、航海以及陸用導(dǎo)航設(shè)備中。從慣導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢上看,捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)必將取代老舊的平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng),這給光纖陀螺及其組成的光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展提供了重要的歷史機(jī)遇。在現(xiàn)有的光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,采用旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù),對(duì)提高光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度具有十分重要的意義。本文對(duì)旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究,并以實(shí)驗(yàn)室自行研制的光纖陀螺及其組成的

2、捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)為基礎(chǔ),加之轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)組成旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng),進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　論文首先介紹了旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)的基本原理,分析了單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制只能自動(dòng)補(bǔ)償與旋轉(zhuǎn)軸垂直方向上的慣性器件誤差,不能自動(dòng)補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)軸方向上的慣性器件誤差,在此基礎(chǔ)上,提出了將IMU傾斜安裝的改進(jìn)單軸旋轉(zhuǎn)方案,從原理上分析了該方案能夠完全消除三個(gè)方向上的慣性器件誤差,給出了仿真分析。
　　給出了轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)模型,將轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的角加速度考慮到轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)模型

3、中,在此基礎(chǔ)上詳細(xì)推導(dǎo)了單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)、持續(xù)正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)、大于360°四位置轉(zhuǎn)停方案、小于360°四位置轉(zhuǎn)停方案以及小于360°的改進(jìn)四位置轉(zhuǎn)停方案的誤差傳播特性,并對(duì)各轉(zhuǎn)位方案進(jìn)行了仿真分析。比較研究了幾種單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案,選擇了最佳的轉(zhuǎn)位方案,在此基礎(chǔ)上,研究了轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的角加速度、調(diào)制角速度、停止時(shí)間的參數(shù)設(shè)置,并進(jìn)行了仿真分析。
　　研究了旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的兩種基本解算結(jié)構(gòu),推導(dǎo)了轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)誤差在兩種解算結(jié)構(gòu)下的誤差傳播特性,通

4、過對(duì)比分析,選擇了角度調(diào)制型解算結(jié)構(gòu);在此基礎(chǔ)上,分析了轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)信息與光纖陀螺信息的時(shí)間同步性問題,推導(dǎo)了延遲時(shí)間對(duì)旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)誤差的影響,給出了一種延遲時(shí)間的測量方法和補(bǔ)償策略,并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證;分析了轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)啟動(dòng)過程角加速度對(duì)光纖陀螺的影響,將角加速度和角加速度的導(dǎo)數(shù)項(xiàng)擴(kuò)展到光纖陀螺的靜態(tài)誤差模型中,對(duì)角加速度進(jìn)行了補(bǔ)償,并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　介紹了FOG的隨機(jī)誤差模型、靜態(tài)誤差模型、加速度計(jì)的靜態(tài)誤差模型

5、。研究了一種智能優(yōu)化算法:人工魚群算法;利用AFSA對(duì)光纖陀螺的隨機(jī)漂移進(jìn)行了建模,得到了很好地建模效果;在無高精度轉(zhuǎn)臺(tái)的環(huán)境中,以IMU的加速度和角速度模方為觀測,利用AFSA對(duì)IMU的靜態(tài)誤差參數(shù)進(jìn)行辨識(shí),提出了參數(shù)分步擬合、交叉迭代的IMU參數(shù)辨識(shí)算法流程,在人工魚群迭代過程中實(shí)行人工魚二次初始化的優(yōu)化思想,并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析,得到了很好地?cái)M合效果;在此基礎(chǔ)上,以實(shí)驗(yàn)室自行研制的FOGSINS為平臺(tái),利用AFSA對(duì)IMU參數(shù)進(jìn)行

6、擬合,分別進(jìn)行了靜態(tài)導(dǎo)航試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)調(diào)制導(dǎo)航試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果均表明,該方法得到IMU誤差參數(shù)能夠滿足高精度導(dǎo)航系統(tǒng)的要求,是一種行之有效的IMU參數(shù)辨識(shí)方法,具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　最后,以實(shí)驗(yàn)室自行研制的高精度FOGSINS為基礎(chǔ),結(jié)合單軸速率位置轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng),設(shè)計(jì)了幾種旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案,分別進(jìn)行了載體航向誤差分析和定位誤差分析,驗(yàn)證了系統(tǒng)調(diào)制方案的有效性,試驗(yàn)結(jié)果證明了單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制能夠有效提高慣導(dǎo)系統(tǒng)的定位精度,在