光学陀螺捷联惯性导航系统旋转调制技术研究

摘要

捷联式惯导系统将惯性测量单元(陀螺仪和加速度计)直接固连于载体，简化了系统硬件，提高了系统的可靠性，其凭借体积小、成本低、易维护、综合能力强等诸多的突出优点，几乎已经取代了平台式惯导系统。而随着国内光学、测控等技术的进一步提高，以光学陀螺为核心构件的捷联式惯性导航系统在惯性技术应用领域中正发挥越来越重要的作用。
　　 受惯性器件精度和惯性测量组件工作环境的影响，捷联式惯导系统的精度低于传统的平台式惯导系统的精度。且由于惯性敏感器件的误差是捷联式惯导系统的最主要的误差源，因此能否有效地抑制惯性敏感器件的误差成为提高捷联式惯导系统精度的关键之一。
　　 两条措施可以提高捷联惯导系统的精度：一条是设计和制造出更高精度的惯性元件；另一条，就是采用系统技术。相对于通过提高惯性敏感器件精度来提高系统精度所付出的昂贵代价，采用系统技术具有易实现、成本低等优势。其中，旋转调制技术就是一种惯性测量单元自校正的系统技术。
　　 本文以提高光学陀螺捷联惯导系统精度为目的，首先分析旋转调制捷联惯导系统的基本原理，并推导和分析旋转调制条件下陀螺漂移、标度因数和安装误差的误差效应；剖析旋转式捷联惯导系统的误差特性，推导陀螺漂移和标度因数误差条件下系统的误差解析式，在此基础上提出一种确定旋转角速率的方法，通过系统仿真验证该方法的可行性；总结合理的旋转方案需要满足的三个条件，分析三种单轴旋转方案，设计一种新的合理的单轴旋转方案，综合比较各种方案的抑制效果，并通过系统仿真验证了该方案的有效性；最后设计转台验证实验，检验不同旋转方案对导航参数误差的抑制效果，对新的单轴旋转方案进行了考核验证。
　　 通过本文的理论分析、系统仿真和转台实验，证明了采取旋转调制技术可以有效地提高光学陀螺捷联惯导系统的导航精度。