光纖陀螺單軸旋轉慣導系統(tǒng)若干關鍵技術研究.pdf

1、本文以高精度光纖陀螺單軸旋轉慣導系統(tǒng)的研制為目標，從理論和工程實現(xiàn)兩個方面對單軸旋轉慣導誤差自補償技術、高精度光纖陀螺隨機誤差建模與濾波方法、慣導系統(tǒng)初始對準方法以及單軸旋轉慣導的系統(tǒng)級標校等關鍵技術進行了研究，完成了高精度光纖陀螺單軸旋轉慣導系統(tǒng)的研制和實驗驗證。論文主要內容如下:
　　1.研究了單軸旋轉慣導系統(tǒng)誤差調制機理。慣導系統(tǒng)中陀螺常值漂移會引起系統(tǒng)隨時間積累的誤差，同時陀螺組件標度因數(shù)誤差以及安裝誤差在旋轉式慣導系統(tǒng)中

2、的誤差傳播規(guī)律也會發(fā)生變化，本文對單軸旋轉慣導系統(tǒng)中的陀螺常值漂移、標度因數(shù)誤差以及安裝誤差調制機理進行了深入分析。研究了轉位機構測角精度對旋轉調制精度影響，指出轉位機構測角精度誤差與慣導系統(tǒng)輸出姿態(tài)角誤差呈線性關系。在數(shù)學仿真環(huán)境下分析了慣性測量單元靜止和單軸旋轉兩種情況下慣導系統(tǒng)導航誤差。
　　2.研究了光纖陀螺隨機誤差的建模與濾波方法。光纖陀螺是單軸旋轉慣導系統(tǒng)中的核心器件，而陀螺的隨機誤差又是所有誤差源中最難以補償?shù)囊豁椪`

3、差。為了抑制隨機誤差對系統(tǒng)導航性能的影響，利用時間序列分析法建立了隨機誤差模型，提出了解耦自適應Kalman濾波器對光纖陀螺隨機誤差進行濾波。應用實際系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)對該方法進行了驗證，結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.研究了單軸旋轉慣導系統(tǒng)初始對準方法。精對準過程中轉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)進行了可觀測性分析，分析結果表明，慣性器件的周期性轉

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，提出了改進的Kalman濾波方法。在試驗樣機上對改進后的Kalman濾波器進行了充分驗證，結果表明本文所提出的改進方法能夠有效避免慣性器件轉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。單軸旋轉慣導系統(tǒng)中方位陀螺漂移無法被調制，且會引起慣導系統(tǒng)隨時間積累的位置誤差。為了提高單軸旋轉慣導系

5、統(tǒng)長時間導航精度，提出了一種精確標校方位陀螺漂移的方法，在導航算法流程中引入水平阻尼網(wǎng)絡以抑制系統(tǒng)舒拉振蕩誤差。建立了經緯度誤差與方位陀螺漂移、初始航向角誤差之間的數(shù)學模型，并設計了一種合理的標校流程，采用最小二乘法對方位陀螺漂移進行精確辨識。對該方法進行了數(shù)學仿真與實際系統(tǒng)驗證實驗，結果表明該方法能夠精確辨識慣導系統(tǒng)的方位陀螺常值漂移，進一步提高了單軸旋轉慣導系統(tǒng)定位精度。
　　5.研究了單軸旋轉慣導的系統(tǒng)級標校方法。為了提高單

6、軸旋轉慣導系統(tǒng)長時間導航精度，提出了一種慣性器件誤差系統(tǒng)級標校方法。對慣導系統(tǒng)的誤差參數(shù)進行了分析，指出東向陀螺漂移和方位失準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系統(tǒng)失準角，對系統(tǒng)進行補償后，再次使用Kalman濾波器對慣性測量單元誤差進行在線估計，研究了“位置匹配”Kalman濾波算法。對該方法進行了數(shù)學仿真和實際系統(tǒng)驗證實驗，結果表明本文所提出的方法能夠準確估計慣性器件誤差，誤差補償后的慣導系