光纤陀螺捷联系统运动基座对准方法研究

摘要

初始对准技术是惯性导航系统的重点,而系统抗干扰要求和载体高机动性要求又是初始对准技术中的关键问题。本文首先根据捷联惯导系统的工作原理,推导了系统的误差方程,分析了载体在运动状态下的误差特性,并讨论了载体速度对三种振荡周期误差的影响。
　　 捷联惯导的粗对准要求系统在较短时间内得到一个粗略的初始捷联姿态阵,对精度的要求不高。本文分别研究了捷联惯导的解析式粗对准、水平+方位估算粗对准、惯性系粗对准方法,给出相应的仿真结果,并对这几种方法进行了对比。
　　 精对准是估计粗对准得到的方向余弦矩阵和实际方向余弦矩阵之间的小失准角,从而得到捷联矩阵的过程。粗对准得到的三个失准角为小量,因此既可以用输出反馈控制减小失准角,也可以设计自对准滤波器实现校正,本文使用了古典控制理论的罗经对准方法。首先介绍了罗经回路的原理,给出误差方框图,回路设计和控制参数选择过程,然后分析速度存在时的机动干扰对罗经系统的影响,在惯性器件层面对机动误差进行补偿,并在不同机动条件下进行了模拟数据仿真实验,结果验证了这种补偿的有效性。
　　 捷联惯导的罗经回路对准过程较长,对于需要快速反应的系统而言不利于其机动性。本文最后研究了通过测量起始和当前时刻的重力矢量,利用陀螺仪和加速度计的输出进行姿态转换实现捷联惯导系统快速对准的方法。该方法在整个对准过程中对载体的运动路径没有具体要求,更有利于提高载体的机动性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 捷联惯性导航系统概述

1.2 光纤陀螺捷联惯性惯导系统

1.3 捷联惯导初始对准技术的研究现状

1.4 论文的章节安排

第2章 惯导系统初始对准误差模型

2.1 概述

2.2 捷联惯导系统误差模型

2.2.1 速度误差方程

2.2.2 位置误差方程

2.2.3 姿态误差方程

2.3 无阻尼系统误差模型及传播特性

2.4 本章小结

第3章 捷联惯导系统粗对准方法研究

3.1 解析式粗对准方法原理和仿真

3.1.1 解析式粗对准法原理

3.1.2 解析式粗对准法在静基座和动基座条件下的仿真

3.2 调平方位+估算粗对准法原理及仿真

3.2.1 调平方位+估算粗对准法原理

3.2.2 水平调平+方位估算粗对准仿真

3.3 惯性系粗对准方法原理和仿真

3.3.1 惯性系粗对准原理

3.3.2 惯性系粗对准方法仿真

3.4 本章小结

第4章 捷联惯导系统罗经回路自对准研究

4.1 罗经回路精对准基本原理

4.1.1 水平精对准基本原理

4.1.2 方位精对准基本原理

4.2 回路参数设置

4.2.1 水平回路参数设定

4.2.2 方位回路参数设定

4.3 速度对罗经回路的影响

4.3.1 速度为常值情况下对罗经回路的影响

4.3.2 匀加速情况下对罗经回路的影响

4.4 有速度情况下罗经回路的仿真结果

4.4.1 匀速运动情况

4.4.2 有加速度情况下仿真

4.5 对速度进行补偿后的仿真结果

4.5.1 陀螺信号的校正

4.5.2 加速度计信号的补偿

4.6 本章小结

第5章 惯性系对准方法及其误差分析

5.1 过渡坐标系定义

5.2 坐标系之间的转换

5.2.1 惯性坐标系与载体坐标系之间的转换

5.2.2 惯性坐标系与过渡坐标系之间的转换

5.2.3 过渡坐标系与中点时刻导航坐标系之间的关系

5.2.4 中间时刻与当前时刻的导航坐标系之间的关系

5.3 初始对准的实现

5.4 误差分析

5.4.1 东西位移对方位角误差的影响分析

5.4.2 南北移动方位角误差分析

5.5 仿真结果

5.5.1 姿态角不变情况下沿经纬圈运动的仿真结果

5.5.2 姿态角变化情况下沿经纬圈运动的仿真结果

5.5.3 沿东北方向运动的仿真结果

5.5.4 运动后回原点的仿真结果

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢