光纤陀螺寻北仪参数误差分析与补偿方法研究

论文摘要

随着光纤陀螺精度的逐渐提高,光纤陀螺由于自身的诸多优点得到了越来越广泛的应用。但是,在光纤陀螺寻北仪的应用过程中,仍然遇到了很多问题影响其寻北精度和寻北速度,主要有以下几个问题:非线性问题,启动温度问题及扰动问题,它们严重制约着光纤陀螺寻北仪寻北精度及寻北快速性的进一步提高。论文针对光纤陀螺的非线性问题,在非线性误差补偿模型的基础上,采用了对称测量寻北的方案,非线性误差变化量在对称位置相同,可以合并为陀螺零偏变化量,通过两位置测量寻北算法得到补偿;针对光纤陀螺启动问题,根据零偏斜坡系数与方位角斜率的一致性估算出斜坡系数,将零偏斜坡项折合成常值漂移后,利用二位置转位系统完全可观消除常值零偏的方法同时消除光纤陀螺的常值漂移和零偏斜坡项;对于扰动问题,论文采用了卡尔曼滤波算法,提高光纤陀螺寻北系统的抗扰动能力。基于以上思路,论文主要进行以下几个方面的研究:1.在考虑解析调平情况下,推导了单陀螺单位置和单陀螺二位置寻北公式,提出了通过坐标变换实现两个加速度计解析调平的新算法,并进行了误差分析,定量分析了光纤陀螺零偏,刻度因子,加速度计零偏,刻度因子对寻北精度的影响。2.提出了对称测量寻北的方法,有效地消除了光纤陀螺非线性误差对寻北精度的影响,提高了寻北精度。3.根据北天东坐标系下捷联式惯导系统静基座对准的误差方程,基于单光纤陀螺,双加速度计的光纤陀螺寻北仪设计了Kalman滤波器进行初始对准,并通过实验,验证了基于对称测量的两位置卡尔曼滤波寻北抗扰动的可行性。4.针对光纤陀螺标定的方法和光纤陀螺刻度因数的非线性,提出了一种对标定结果进行刻度因数非线性修正的方法,并经实验验证该方法,提高了光纤陀螺寻北系统的精度。5.针对光纤陀螺启动温度问题,建立了相适应的光纤陀螺零偏模型,采用消除斜率漂移的的方法,大大缩短了光纤陀螺系统寻北的启动预热时间,提高了光纤陀螺系统的寻北快速性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 捷联陀螺寻北仪的应用发展概况
• 1.2 光纤陀螺寻北仪关键技术问题的研究现状
• 1.2.1 启动温度问题
• 1.2.2 非线性问题
• 1.2.3 扰动问题
• 1.3 论文的主要内容和结构安排
• 第二章 单陀螺捷联寻北系统的基本算法及参数误差分析
• 2.1 单陀螺单位置寻北原理及误差分析
• 2.1.1 北向的定义
• 2.1.2 单陀螺单位置寻北基本原理
• 2.1.3 解析调平分析
• 2.1.4 考虑安装参数时的双加速度计解析调平算法
• 2.1.5 解析调平下单位置寻北误差分析
• 2.2 单陀螺二位置寻北原理及误差分析
• 2.2.1 转动轴安装参数分析
• 2.2.2 考虑转动轴参数的二位置寻北误差分析
• 2.3 小结
• 第三章 光纤陀螺寻北仪非线性误差补偿研究
• 3.1 光纤陀螺非线性误差参数标定
• 3.2 两位置对称测量寻北
• 3.3 两位置对称测量寻北误差分析
• 3.4 小结
• 第四章 基于卡尔曼滤波的抗扰动寻北算法研究
• 4.1 寻北基座扰动问题及解决问题的技术途径
• 4.2 单陀螺单位置卡尔曼滤波抗扰动算法
• 4.2.1 虚拟惯性仪表理论采样值计算及粗对准
• 4.2.2 卡尔曼滤波基本方程
• 4.2.3 单陀螺单位置测量寻北卡尔曼滤波器设计
• 4.2.4 单陀螺双位置测量寻北卡尔曼滤波器设计
• 4.3 单陀螺二位置对称测量卡尔曼滤波抗扰动算法
• 4.4 小结
• 第五章 光纤陀螺寻北仪预热启动补偿研究
• 5.1 光纤陀螺信号分析
• 5.2 斜坡漂移的估计与补偿
• 5.3 静态实验
• 5.4 小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 附录
• A 坐标系及定义
• B 北天东坐标系下惯导系统的误差方程推导
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文