基于参数外推的半球谐振陀螺导航系统寿命预测研究

摘要

随着航天技术的迅速发展,导航系统向着长寿命、高可靠、低功耗的方向发展。半球谐振陀螺是一种新型固态陀螺仪,由于没有传统的旋转机械结构,使得其具有高可靠性、长寿命、抗冲击能力强等特点,在长寿命在轨卫星的研制中有广阔的应用前景。本文基于参数外推的思想,对半球谐振陀螺导航系的寿命展开研究,主要研究内容有:性能参数对导航系统的影响;加速度计和半球谐振陀螺失效机理分析;基于加速寿命试验的参数预测方法;基于支持向量机的性能参数预测方法。
　　首先,研究了性能参数对于导航系统精度的影响,之后,提出了基于性能参数外推的导航系统寿命预测方案。
　　其次,阐述了加速度计和半球谐振陀螺的工作原理和基本结构;对其失效机理进行了深入分析,总结了导致其失效的敏感应力。
　　再次,对半球谐振陀螺导航系统的加速寿命试验进行了探讨。给出了加速机理一致性的判定方法,对加速度计的性能参数建立了基于Arrhenius模型的预测模型。对半球谐振的陀螺设计了加速寿命试验,建立了加速寿命试验模型,提出了试验数据处理方法。
　　最后,利用支持向量机对半球谐振陀螺导航系统的寿命进行了预测。提出了一种改进型支持向量机预测模型,并利用该模型对加速度计和半球谐振陀螺的性能参数进行了预测。最后,提出了判定导航系统失效时间的方法。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和目的意义

1.2 国内外半球谐振陀螺研究概况

1.3 加速寿命实验的国内外的研究现状

1.4 参数外推法的国内外的研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章 惯性器件误差模型参数对导航系统的影响分析

2.1 半球谐振陀螺导航系统

2.2 性能参数对于导航系统的影响

2.2.1 捷联惯性导航系统基本原理

2.2.2 导航系统误差模型

2.2.3 速度误差方程

2.2.4 位置误差方程

2.2.5 参数变化对于导航精度影响

2.3 基于性能参数变化的寿命预测

2.3.1 导航系统寿命研究

2.3.2 寿命预测研究方案

2.3.3 半球谐振陀螺导航系统性能参数监测

2.4 本章小结

第3章 半球谐振陀螺导航系统失效机理分析

3.1 可靠性工程

3.1.1 航天器可靠性工程发展概述

3.1.2 可靠性分析方法

3.2 加速度计失效机理分析

3.2.1 石英挠性加速度计的基本结构

3.2.2 加速度计的工作原理

3.2.3 加速度计的失效机理分析

3.3 半球谐振陀螺失效机理分析

3.3.1 半球谐振陀螺的结构

3.3.2 半球谐振陀螺的工作原理

3.3.3 半球谐振陀螺失效分析

3.4 本章小结

第4章 半球谐振陀螺导航系统加速寿命试验

4.1 基本概念与基本模型

4.1.1 加速寿命试验的类型

4.1.2 加速模型与加速系数

4.1.3 常见的加速模型与其加速系数

4.2 加速度计加速机理建模方法研究

4.2.1 性能参数加速变化机理一致性研究

4.2.2 性能参数加速变化机理模型

4.3 半球谐振陀螺加速寿命试验研究

4.3.1 半球谐振陀螺敏感应力确定

4.3.2 半球谐振陀螺加速寿命试验方案

4.3.3 半球谐振陀螺加速寿命预测

4.4 本章小结

第5章 基于支持向量机的性能参数预测分析及 寿命研究

5.1 支持向量机

5.1.1 支持向量分类机

5.1.2 支持向量回归机

5.2 改进型支持向量机参数预测模型

5.2.1 在线滑动窗口模型

5.2.2 最小二乘残差模型

5.3 模型预测结果与分析

5.3.1 加速度计性能参数预测

5.3.2 半球谐振陀螺性能参数预测

5.4 半球谐振导航系统寿命预测分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢