速率偏频激光陀螺寻北仪的实验研究

论文摘要

速率偏频激光陀螺寻北仪可以快速提供高精度的方位基准,在军事和民用领域均有重要应用价值。论文从速率偏频激光陀螺的误差特性出发,理论研究了影响寻北仪寻北精度的各种因素,并基于实验室现有的速率偏频激光陀螺寻北仪样机,进行了工作参数优化、系统性能实验研究,为该寻北仪工程化研究奠定基础。论文的主要工作包括:1.理论分析了速率偏频激光陀螺(寻北仪核心器件)的误差特性。速率偏频激光陀螺的误差主要是角度随机游走误差、零偏不稳定性误差和量化误差。误差分析表明,通过增加速率偏频周期、加大速率偏频回转加速度,可有效减小陀螺随机游走、零偏不稳定的误差。2.研究了寻北仪系统的各种误差对寻北精度的影响。基于二位置寻北方案的寻北仪误差模型,理论分析了速率偏频激光陀螺误差、速率偏频参数、寻北仪机械误差、光学基准标定误差等对寻北精度的影响。结果表明,影响寻北仪短时寻北精度的误差主要有量化误差和角度随机游走误差,而寻北仪的机械误差在没有扰动下是固定误差。3.研究了提高寻北仪寻北精度的数据处理方法。通过比较普通平均法和滑动平均法分别处理寻北数据的结果,发现滑动平均法能抑制量化误差对短时寻北精度的影响,进而有效提高了寻北仪短时寻北精度。4.实验研究了寻北仪的工作参数和使用环境条件对寻北精度影响。并实测了寻北结果的重复性。利用寻北仪实验样机,对速率偏频周期、速率偏频回转加速度和单次寻北时间等等影响寻北精度的工作参数进行了优化研究。对寻北仪的性能进行了重复性实验,验研究结果表明,地理纬度28.2°处,静基座条件下,寻北仪200S的寻北精度优于16″,且寻北仪性能不受冷启动影响,重复性好。5.实验标定了该寻北仪实验样机,验证了寻北精度。利用经纬仪和寻北仪搭建了实验系统,标定了寻北仪的光学基准,并进行了与真北(北极星确定的方向)之间的对比实验,实验结果验证了寻北仪寻北精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 激光陀螺寻北仪研究现状及发展趋势
• 1.3 论文的主要内容
• 第二章 速率偏频激光陀螺及其误差特性分析
• 2.1 速率偏频激光陀螺原理
• 2.2 速率偏频激光陀螺拍频输出特性
• 2.3 角度随机游走误差分析
• 2.4 零偏不稳定性分析
• 2.5 激光陀螺信号量化误差分析
• 2.5.1 计数误差
• 2.5.2 速率偏频装置的定位误差
• 2.6 本章小结
• 第三章 速率偏频激光陀螺寻北仪误差建模与分析
• 3.1 速率偏频激光陀螺寻北仪组成
• 3.2 速率偏频激光陀螺寻北仪工作原理
• 3.2.1 寻北仪的工作原理
• 3.2.2 寻北仪二位置寻北方案
• 3.3 速率偏频激光陀螺寻北仪误差建模
• 3.3.1 地球自转在各不同坐标系中的表示
• 3.3.2 寻北仪的误差模型
• 3.4 速率偏频激光陀螺误差对寻北精度的影响分析
• 3.4.1 角度随机游走的影响
• 3.4.2 零偏不稳定的影响
• 3.4.3 量化误差的影响
• 3.5 速率偏频参数对寻北精度的影响分析
• 3.6 寻北仪机械误差分析
• 3.6.1 平台倾斜的误差分析
• 3.6.2 激光陀螺安装及转台定位误差分析
• 3.7 光学基准标定与北向引射误差分析
• 3.7.1 光学基准的标定误差分析
• 3.7.2 北向引射误差分析
• 3.8 实际应用环境下寻北误差分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 寻北仪实验研究
• 4.1 速率偏频激光陀螺寻北实验系统的建立
• 4.2 实验数据处理方法研究
• 4.2.1 普通平均法
• 4.2.2 滑动平均法
• 4.3 寻北仪各参数实验研究
• 4.3.1 速率偏频周期研究
• 4.3.2 速率偏频回转加速度研究
• 4.3.3 单次寻北时间研究
• 4.3.4 激光陀螺敏感轴与偏频旋转轴的安装角实验研究
• 4.4 寻北仪重复性实验研究
• 4.5 光学基准标定实验
• 4.6 寻北精度测试
• 4.6.1 无扰动下寻北仪寻北精度研究
• 4.6.2 风吹扰动下寻北精度实验研究
• 4.6.3 真实环境下寻北仪寻北精度研究
• 4.7 寻北仪实验研究结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 下一步研究内容
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果