基于光纤陀螺的寻北仪技术研究

摘要

以陀螺为主要传感器的惯性寻北仪是现代战争中确保系统快速、机动、精确打击的重要定向设备。与传统的机械陀螺相比，光纤陀螺具有灵敏度高、预热时间短、重量轻、动态范围大、能量消耗低、造价低等优点。
　　本课题以光纤陀螺寻北系统为研究对象，针对如何提高寻北系统精度的问题，从理论和实践上进行了一系列的分析和研究，随后设计并完成了寻北实验，证明了所作出的研究成果应用于寻北技术中的有效性。
　　首先阐述了光纤陀螺寻北仪多位置寻北误差产生的原因，分析了加速度计的零偏、光纤陀螺的零偏和零漂、地磁场、重力加速度和纬度误差等对陀螺寻北精度的影响，并提出了减小多位置寻北误差的方法。可以看出光纤陀螺的漂移是影响其精度的重要方面，在实际的应用中要想办法去除陀螺的漂移，以提高陀螺的精度。
　　接着简要介绍了光纤陀螺的工作原理并对课题中使用的开环陀螺设计和实现了闭环控制，减小了陀螺输出的噪声，提高了测量精度，为完成光纤陀螺寻北仪系统打下了很好的基础。
　　之后研究了对光纤陀螺信号的小波去噪方法。对不同小波函数在不同的阈值选取规则、阈值量化方式下对光纤陀螺输出信号去噪效果进行了比较和分析，选择出最优的去噪方案。
　　最后设计并完成了寻北实验，给出了具体的寻北方案和数据处理方法，将本课题所作出的研究成果应用于实际寻北系统，以改善系统的寻北精度。

目录

基于光纤陀螺的寻北仪技术研究硕士

RESEARCH OF NORTH-SEEKER TECHNOLOGY BASED ON FIBER OPTIC GYRO

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 陀螺寻北仪的原理

1.1.1 陀螺罗盘寻北仪

1.1.2 捷联式寻北仪

1.2 寻北仪研究现状及发展趋向

1.3 光纤陀螺的特点及分类

1.3.1 光纤陀螺的特点

1.3.2 光纤陀螺的分类

1.4 选题的背景和依据

第2章 光纤陀螺寻北仪多位置寻北误差分析

2.1 多位置寻北法

2.2 静态误差源的影响

2.2.1 加速度计零偏产生的多位置寻北误差

2.2.2 光纤陀螺误差产生的多位置寻北误差

2.2.3 地磁场产生的多位置寻北误差

2.2.4 重力加速度和纬度误差产生的多位置寻北误差

2.3 动态误差源的影响

2.4 本章小结

第3章 双闭环光纤陀螺控制回路设计及实现

3.1 光纤陀螺的基本工作原理

3.1.1 萨格奈克效应

3.1.2 光纤陀螺的检测原理

3.2 光纤陀螺的信号相位调制技术

3.2.1 方波调制原理

3.2.2 阶梯波调制原理

3.2.3 复位与第二反馈回路

3.3 数字闭环光纤陀螺基本结构

3.4 模拟电路单元的实现

3.4.1 前置放大单元

3.4.2 A/D转换器单元

3.4.3 D/A转换器单元

3.4.4 FPGA配置电路

3.5 数字部分的电路设计

3.5.1 基于FPGA的数字电路总体结构

3.5.2 时钟分配单元

3.5.3 数据接收与滤波单元

3.5.4 解调与波形发生单元

3.5.5 串行UART单元

3.5.6 数据输出单元

3.6 光纤陀螺数据采集

3.7 本章小结

第4章 光纤陀螺信号滤波

4.1 小波变换

4.1.1 小波分析和傅里叶分析以及短时傅里叶分析的比较

4.1.2 Mallat快速算法

4.2 阈值去噪

4.3 采用不同的小波函数阈值去噪方法性能分析

4.3.1 小波去噪的性能评价标准

4.3.2 光纤陀螺输出信号的构造

4.3.3 阈值量化方法

4.3.4 不同阈值选取规则对去噪效果影响的比较

4.3.5 最优小波的选取

4.4 本章小结

第5章 寻北实验

5.1 MATLAB和C++ Builder的配合使用

5.1.1 C++Builder简介

5.1.2 MATLAB简介

5.1.3 实现MATLAB和C++Builder的配合使用

5.2 实验方案设计

5.3 实验数据处理

5.3.1 奇异点的删除

5.3.2 平均选点算法

5.3.3 实验数据处理流程

5.4 实验结果

5.5 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢