光纤陀螺捷联惯导系统中的误差分析与补偿

摘要

本论文希望通过一系列的分析、推导和实验验证,提出一套完整的误差补偿方法,使光纤陀螺捷联惯导系统能够满足武器系统的精度要求.本论文的主要研究内容如下:(1)结合捷联式惯导系统的特点,分析了光纤陀螺的性能优点,基本原理和国内外发展现状.(2)结合光纤陀螺捷联惯导系统的内部结构,深入分析了影响系统精度的主要误差源,并结合系统特点增加了特殊结构来减小振动、磁干扰的影响.(3)研究了光纤陀螺噪声过大的原因,并分别采取了ⅡR滤波器和小波去噪方法进行采样滤波,在充分比较两种方法的理论基础和算法实现的基础上,通过实验数据肯定了小波方法在光纤陀螺噪声去除上的独特优势.(4)根据三轴陀螺组合的误差模型,提出了一种闭环多次迭代标定方法解决了陀螺标度因数和安装偏角的精确标定问题,并编制了相应的标定解算软件.(5)采用最小二乘法实时补偿了温度对光纤陀螺零位的影响,通过BP神经网络补偿了温度对陀螺标度因数的影响.(6)采用了九位置法对加速度计的零位、标度因数和安装偏角进行标定,并编制了相应的标定解算软件.结合加速度计零位和标度因数的温度误差模型,采用了相应的误差补偿算法.

目录

文摘

英文文摘

第一章概述

1.1导航的概念及方法

1.2惯性导航系统

1.3惯性导航系统的分类

1.4论文研究的背景和意义

1.5论文安排

第二章光纤陀螺简介

2.1光纤陀螺的性能优点

2.2光纤陀螺的基本原理

2.2.1萨格奈克(Sagnac)效应

2.2.2媒质中的萨格奈克效应

2.2.3干涉式光纤陀螺(I-FOG)的原理

2.3国内外光纤陀螺的研制现状

第三章光纤捷联惯导系统的系统结构

3.1火箭弹系统的技术要求

3.1.1火箭弹系统的战技指标

3.1.2惯导系统的物理特性要求

3.1.3惯导系统的环境要求

3.1.4惯导系统的信号交联流程

3.2光纤捷联惯导系统的总体结构

3.3惯性仪表组件

3.3.1单轴光纤陀螺仪

3.3.2单轴石英挠性加速度计

3.4计算参数说明

3.5弹载系统中的坐标转换

3.5.1坐标系定义

3.5.2坐标转换的需求定义

3.5.3旋转矩阵符号的引入

3.5.4坐标转换方法及公式

第四章系统误差源分析

4.1影响系统精度的主要误差源

4.2冲击对光纤陀螺精度的影响

4.3惯性量测组件的减震

4.4惯性量测组件的磁屏蔽

4.5其它误差源的解决方法

4.5.1计算误差

4.5.2初始条件误差

第五章与光纤陀螺相关的误差补偿

5.1陀螺漂移引起的系统误差分析

5.1.1陀螺漂移对姿态误差的影响

5.1.2陀螺漂移对速度误差的影响

5.1.3陀螺漂移对位置误差的影响

5.2采样滤波

5.2.1光纤陀螺的数学模型

5.2.2无限冲击响应(IIR)数字滤波

5.2.3小波滤波

5.2.4两种方法的去噪效果的比较

5.3标度因数与安装偏角的静态标定

5.3.1三轴陀螺组合的误差模型

5.3.2标度因数的初步确定

5.3.3标度因数与安装偏角的精确标定

5.4对准过程中的零偏确定

5.4.1初始对准的原理和要求

5.4.2陀螺零偏的确定

5.5温度补偿

5.5.1零偏的温度补偿

5.5.2标度因数的温度补偿

第六章与加速度计相关的误差补偿

6.1加速度计零位引起的系统误差分析

6.1.1加计零位对姿态误差的影响

6.1.2加计零位对速度误差的影响

6.1.3加计零位对位置误差的影响

6.2加速度计量化器零位补偿

6.2.1量化器产生零位漂移的原因

6.2.2量化器零位的补偿

6.3标度因数、零位与安装偏角的静态标定

6.3.1三轴加计组合的误差模型

6.3.2三轴加计组合的九位置标定

6.4加速度计的温度补偿

第七章惯导系统试验

7.1光纤陀螺捷联惯导系统的物理特性

7.2静态对准和导航试验

7.3航姿变化试验

7.4高低温导航试验

7.5大角速率试验

7.6振动试验

7.7跑车试验

7.7.1基准和航向的确定

7.7.2纯惯性跑车试验

7.7.3组合导航跑车试验

第八章总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

西北工业大学学位论文知识产权声明书和西北工业大学学位论文原创性声明