干涉型光纤陀螺建模及罗经技术研究

摘要

光纤陀螺作为一种新型的全固态惯性仪表具有诸多优点，它代表了惯性仪表与元件发展的一个新方向。光纤陀螺的随机漂移是影响光纤陀螺的输出精度的一个重要因素。随着光纤陀螺的广泛应用，光纤捷联惯导系统的研制已成为今后研究的热点。本文探讨的光纤陀螺罗经实质上是一种捷联惯导系统。本文针对光纤陀螺仪建模与误差补偿、光纤陀螺罗经系统设计、大摇摆情况下的罗经算法和光纤陀螺罗经中惯性测蛀单元（IMU）的标定方法等方面进行探索和研究。所做的工作如下： 1．介绍了基于Sagnac效应的闭环干涉型光纤陀螺（IFOG），的原理和结构。 2．研究了作为光纤陀螺性能的一个重要指标-零漂。对光纤陀螺零漂数据进行了分析和处理，选择了合适的数学模型。根据所建立的光纤陀螺的输入输出特性数学模型，对零漂测试数据进行卡尔曼滤波处理和误差补偿，得到了较好的效果，并通过Allan方差分析法分析了滤波前后的数据。 3．研究了光纤陀螺罗经系统，设计了光纤陀螺罗经系统总体方案。完成了惯性测量单元、导航计算机、电源模块等相关部分的设计与配置；完成了罗经系统中罗经状态和方位仪状态的算法设计，进行了误差分析。并进行了仿真研究，得到了较好的结果。 4．完成了对由光纤陀螺和加速度计组成的罗经系统的IMU的标定方法的分析和应用，分别建立了光纤陀螺仪和加速度计的静态误差模型，设计了基于三轴测试转台的试验，对IMU进行了标定并进行了误差模型的精确辨识，为下一步进行光纤陀螺罗经系统进一步的研究奠定了的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 光纤陀螺的发展现状与应用前景

1.1.1 光纤陀螺的发展现状

1.1.2 光纤陀螺的应用前景

1.2 光纤陀螺随机漂移建模技术

1.3 光纤陀螺罗经技术的发展

1.4 论文的内容编排及主要工作

第二章 干涉型光纤陀螺的原理

2.1 引言

2.2 Sagnac效应

2.3 干涉型光纤陀螺的结构及工作原理

2.4 干涉型光纤陀螺的理论灵敏度

2.5 互易性原理

2.5.1 光波传播的互易性

2.5.2 光束分离器(分束器)的互易性

2.5.3 IFOG的互易结构

2.6 标度因数精度

2.7 本章小结

第三章 光纤陀螺零漂数据建模与滤波

3.1 引言

3.2 自回归时间序列

3.2.1 随机时间序列分析模型

3.2.2 随机时间序列分析模型(AR，MA，ARMA)的识别

3.2.3 模型的适用性检验

3.2.4 模型参数的估计

3.3 光纤陀螺零漂数据分析

3.3.1 光纤陀螺零漂的零均值检验

3.3.2 光纤陀螺零漂的趋向性检验

3.3.3 光纤陀螺零漂的周期性分析

3.4. 测试数据分析

3.4.1 光纤陀螺零漂的相关函数分析

3.4.2 模型确立

3.4.3 基于AR(2)模型的卡尔曼滤波设计

3.5 Allan方差法

3.6 本章小结

第四章 光纤陀螺罗经系统设计

4.1 引言

4.2 光纤陀螺罗经工作原理

4.3 光纤陀螺罗经系统硬件设计

4.3.1 系统组成

4.3.2 光纤陀螺罗经结构

4.3.3 主要部件功能及原理

4.4 光纤陀螺罗经系统算法设计

4.5 光纤陀螺罗经误差分析

4.5.1 传感器引起的系统误差

4.5.2 速度补偿不完全引起的误差

4.5.3 安装误差引起的误差

4.6 光纤陀螺罗经仿真试验

4.6.1 仿真试验条件

4.6.2 仿真试验曲线

4.6.3 仿真试验结论

4.7 本章小结

第五章 光纤陀螺罗经的标定

5.1 引言

5.2 惯性器什性能指标

5.3 IMU标定试验设计

5.3.1 标定试验的硬件组成

5.3.2 标定项目

5.3.3 标定方法

5.3.4 数据处理

5.4 误差补偿

5.5 试验结果分析

5.6 本章小结

第六章 结论

6.1 本文的主要工作

6.2 进一步的工作展望

参考文献

致谢

硕士期间论文发表情况