挠性陀螺惯性组合测试方法研究

论文摘要

随着惯性技术的发展,要求研制结构简单、性能可靠、成本低的陀螺。挠性陀螺仪就是在这种需求中发展起来的。本文以挠性陀螺捷联惯组为研究对象,主要研究采用导航速度误差对惯性捷联组合进行系统级标定的方法和试验设计。首先,建立了加表误差模型系数标定误差与测试设备误差、对准误差之间的联系。对分度头的角位置误差进行了精密检测,然后在分度头上对加表进行标定试验,分析了和验证了角位置误差补偿前后标定的零位偏置和标度因子的变化。分析了分度头的姿态误差与安装误差对加表误差模型系数标定精度的影响。其次,建立了挠性陀螺组合误差模型,其中包含3个陀螺的零偏、刻度系数、安装误差以及与比力一次项有关的系数,共计21个误差参数。将均匀设计引入了陀螺组合误差模型的标定方案,从转台试验众多的位置组合中筛选出10个具有代表性的陀螺坐标系指向,从而为利用D-最优准则选择陀螺坐标系指向奠定了基础。将位置翻滚试验结合速率试验相结合,辨识出了陀螺组合的21个误差模型参数。辨识出的陀螺组合安装误差为系统级标定的辨识结果提供了比照。然后,建立了挠性陀螺捷联惯组输出误差模型和系统级标定过程的姿态变换矩阵,并推导出陀螺和加表误差参数与导航速度误差之间的关系,分析了误差模型参数可辨识性。在此基础上,设计了仅利用导航速度误差作观测量辨识21误差参数简化惯组模型和速度误差结合加表输出辨识24误差参数完整惯组模型的辨识方法和惯组转动的试验计划。阐述了基于Matlab的捷联惯组输出误差模型标定仿真的结构与实现。设计了轨迹发生器,它能模拟飞行器运动,产生捷联惯导系统需要的角速度和比力信息,使惯导系统处于要求的姿态下,这些信息作为捷联算法的输入,解算出导航误差,利用研究出的标定算法对惯组参数加以辨识。经过补偿捷联算法误差对陀螺零偏标定结果的影响,辨识结果和初始设置值很接近。验证了本文提出的只利用机体转动阶段的导航速度误差进行系统级标定的算法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 挠性陀螺捷联惯性组合综述
• 1.2.1 挠性陀螺
• 1.2.2 加表
• 1.2.3 惯性仪器的精度要求
• 1.2.4 捷联惯性导航系统
• 1.3 标定方法概述
• 1.4 本文的章节安排
• 第2章 加表在分度头上的标定和误差分析
• 2.1 引言
• 2.2 测试设备及方法
• 2.3 分度头标定试验
• 2.3.1 实验步骤及数据处理
• 2.4 分度头误差源对加表标定的影响分析
• 2.4.1 测试设备的主要误差源及误差传递Equation Section 2
• 2.4.2 门状态测试
• 2.4.3 摆状态测试
• 2.5 实验数据
• 2.5.1 阈值实验
• 2.5.2 角位置误差试验
• 2.5.3 加表标定试验
• 2.5.4 辨识精度分析
• 2.6 试验分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 陀螺组合最优分立标定
• 3.1 引言
• 3.2 捷联惯组在转台上的安装及坐标系的建立
• 3.3 陀螺组合误差模型的建立
• 3.4 D-最优均匀旋转计划Equation Section 3
• 3.4.1 辨识结果精度分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 惯组在转台上的系统级标定理论与试验设计
• 4.1 引言Equation Section 4
• 4.2 捷联惯组输出误差模型
• 4.3 惯性组合误差参数与速度误差之间的关系
• 4.3.1 旋转角速度误差引起的导航误差与惯组误差间的关系
• 4.3.2 姿态误差角引起的导航误差与惯组误差间的关系
• 4.3.3 惯组输出误差模型辨识方法
• 4.4 试验设计
• 4.5 完整惯组模型辨识方法
• 4.5.1 24 参数惯组输出误差模型的建立
• 4.5.2 旋转角速度误差引起的导航误差与惯组误差简化关系式
• 4.5.3 陀螺和加表安装误差的辨识
• 4.5.4 陀螺零偏及刻度系数误差的辨识
• 4.5.5 加表零偏及刻度系数误差的辨识
• 4.6 试验设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统级标定仿真
• 5.1 引言
• 5.2 惯组静态输出采集
• 5.3 仿真流程
• 5.3.1 轨迹发生器
• 5.4 仿真结果
• 5.5 结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢