半捷联微惯导系统的误差调制方法研究

摘要

随着惯性导航系统技术的发展，混合式惯导系统成为了研究的热点，对其研究主要是为了解决高动态领域载体信息的高精度测量问题。半捷联微惯性导航系统作为混合式惯导系统的一种，解决了高旋弹药的高转速与小量程惯性器件之间的跨量程测量问题，实现了利用小量程高精度器件对高旋弹药姿态的较精确测量，但其测量精度还不能达到制导化武器的精度要求。本文以进一步提高半捷联系统测量精度为目标，结合系统自身特性，将旋转调制方法引入半捷联系统中，开展了半捷联微惯导系统的误差调制方法研究工作。
　　首先，简明扼要地阐述了半捷联系统及其实现旋转调制的工作原理，指出对于半捷联系统应该选择滚转轴进行旋转调制，通过对系统误差传播模型的推导，找出了影响半捷联系统测量精度的主要误差源。
　　其次，对影响半捷联微惯导系统的主要误差进行了介绍，分析了调制方法对这些误差的影响，得到旋转调制之后误差的数学模型，便于下文进行相关分析。文中专门指出，对于半捷联微惯导系统，由于系统应用在高过载环境，因此，需要额外对加速度计的标度因数误差及安装误差进行分析。
　　再者，对前文选择的旋转调制轴进行了合理性分析，并仿真验证了该结论;接着对比了单向连续、正反连续、转停这几种旋转方案的调制效果，指出理想情况下第二种旋转方案的调制效果最好;基于正反连续旋转方案，提出一种多圈正反连续旋转方案，该方案能够有效避免电机加减速及波动造成的输出角速率误差对旋转调制效果的影响;结合半捷联系统误差模型及电机输出误差模型，进行了最优旋转角速率设计，并进行了仿真，结果与前文分析一致。
　　最后，为了验证前文的分析，进行了静态及动态导航试验。静态试验验证了MEMS器件误差是影响半捷联系统精度的主要因素，并为动态试验提供参考。动态导航试验分为调制角速率验证试验及最佳调制方案验证试验两部分。试验结果表明，对于半捷联微惯导系统，进行最优旋转调制角速率及最佳调制方案设计时，需要结合实际系统中的电机输出特性进行分析。当系统以本文设计的最优调制角速率进行旋转调制时，调制效果最好，且本文提出的多圈连续旋转方案可以有效减小电机输出误差对系统测量精度的影响。

目录

声明

摘要

1．1论文的背景与意义

1．2惯性导航系统发展现状

1．3旋转调制方法发展现状

1．4主要研究内容

2 半捷联微惯导系统及其旋转调制工作原理

2．1坐标系定义及其关系

2．1．1 坐标系定义

2．1．2 坐标转换关系

2．2半捷联微惯导系统基本工作原理

2．3半捷联系统实现旋转调制方法的基本工作原理

2．4本章小结

3 系统误差传播模型及误差调制形式分析

3．1半捷联系统的误差传播模型

3．1．1 速度误差传播模型

3．1．2 姿态误差模型

3．1．3 位置误差模型

3．2常值误差的调制形式

3．3标度因数误差的调制形式

3．3．1 陀螺标度因数误差的调制形式

3．3．2 加计标度因数误差的调制形式

3．4安装误差的调制形式

3．4．1 陀螺安装误差的调制形式

3．4．2 加计安装误差的调制形式

3．5本章小结

4 半捷联系统的旋转调制方案设计

4．1所选旋转轴合理性分析

4．2旋转方式设计

4．2．1 未进行旋转调制

4．2．2 单向连续旋转方案

4．2．3 单圈正反连续旋转方案

4．2．4 转停方案

4．2．5 多圈正反连续旋转方案

4．3最优旋转调制角速率设计

4．4本章小结

5 导航试验

5．1静态导航实验

5．2动态导航试验

5．2．1 调制角速率验证试验

5．2．2 旋转方案验证试验

5．3本章小结

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢