光学陀螺捷联惯导系统的标定精度分析

论文摘要

惯导测试技术包括惯导测试设备、测试方法、程序和数据处理技术三个方面。惯导测试技术是现代武器系统中的一项基本支撑技术,惯导测试设备(如转台)是评定惯性仪表性能指标的工具,测试设备的精确性影响惯性仪表测试结果的准确性。本论文采用理论分析、仿真分析和实验验证相结合的方法研究转台误差对标定精度的影响。经典的分立式标定方法是工程应用中比较成熟的一种标定方法,论文首先对光学陀螺捷联惯导系统的分立式标定方法的原理、加速度计和陀螺的输入输出模型进行阐述,并以典型的加速度计6位置、12位置、24位置标定及陀螺速率标定为例,阐述了多位置标定和速率标定编排,以及解算加速度计和陀螺标定系数解析式。论文分析了转台性能指标,建立了转台误差模型,利用转动四元数和方向余弦之间的转换关系,推导了转台误差的传播途径,由此建立了转台初始信息到标定坐标系参考信息的方向余弦传递矩阵。在此基础上分析了转台误差对加速度计多位置标定(6位置、12位置、24位置)以及陀螺速率标定精度产生的影响,并就多位置标定精度进行了比较,具体得出了转台误差对标定精度产生影响的相对误差解析式。与传统的以转台为基准的标定方法不同,基于方程解算的标定方法建立了以陀螺本身为标定参考坐标系,其陀螺标定精度不受转台误差的影响,但是对计算的要求比较高;但加速度计标定精度与传统的标定方法相同,均受到转台误差的影响。最后,论文使用Matlab工具对上述理论分析进行了数值仿真,并利用现有惯导测试设备,实验验证了转台内框轴和中框轴定位误差对标定精度的影响。仿真和实验结果表明理论分析结论的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外光学陀螺捷联系统的发展现状
• 1.2.2 国内光学陀螺捷联系统的发展现状
• 1.2.3 标定方法的国内外发展现状
• 1.3 论文的主要内容和结构安排
• 第二章 分立式标定方法
• 2.1 惯性器件的误差模型
• 2.1.1 误差模型方程的建立方法
• 2.1.2 常用静态误差模型方程的各项误差来源及其定义
• 2.1.3 惯性器件的输入输出模型
• 2.2 标定过程的编排
• 2.2.1 加速度计多位置标定方法的编排
• 2.2.2 陀螺速率标定方法的编排
• 2.3 标定系数的解算
• 2.3.1 加速度计多位置标定方法的标定系数解算
• 2.3.2 陀螺速率标定方法的标定系数解算
• 2.4 本章小结
• 第三章 转台误差分析及其建模
• 3.1 转台误差分析
• 3.1.1 三轴不垂直度误差
• 3.1.2 三轴不相交度
• 3.1.3 三轴回转精度误差
• 3.1.4 转台定位精度
• 3.2 转台误差建模及其传播
• 3.2.1 四元数基本理论及与方向余弦的关系
• 3.2.2 坐标系的定义
• 3.2.3 转台误差分析与建模
• 3.3 本章小结
• 第四章 标定精度分析
• 4.1 影响标定精度的因素
• 4.2 加速度计多位置标定精度分析及其比较
• 4.2.1 加速度计理论参考输入计算
• 4.2.2 多位置标定系数计算及精度分析与比较
• 4.3 陀螺速率标定精度分析
• 4.3.1 转台的转位精度对标定精度的影响
• 4.3.2 地球自转角速度的影响
• 4.3.3 转台其它误差对标定精度的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于方程解算方法的标定精度分析及与传统标定方法比较
• 5.1 基于方程解算方法的标定原理
• 5.1.1 标定的一般模型
• 5.1.2 陀螺输入输出模型
• 5.1.3 加速度计输入输出模型
• 5.2 基于方程解算方法的标定系数解算
• 5.2.1 陀螺标定系数解算
• 5.2.2 加速度计标定系数解算
• 5.3 基于方程解算方法的标定精度分析
• 5.3.1 陀螺标定精度分析
• 5.3.2 加速度计标定精度分析
• 5.4 基于方程解算标定方法与传统转台坐标系下标定方法的比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 仿真及三轴转台上的实验验证
• 6.1 传统标定方法的仿真实验
• 6.1.1 加速度计多位置标定的仿真验证
• 6.1.2 陀螺速率标定的仿真验证
• 6.2 基于方程解算方法的标定仿真实验
• 6.2.1 陀螺和加速度计的标定编排过程
• 6.2.2 陀螺参数标定仿真
• 6.2.3 加速度计参数标定仿真
• 6.3 系统噪声对标定精度影响仿真分析
• 6.3.1 系统噪声对陀螺标定精度的影响仿真分析
• 6.3.2 系统噪声对加速度计标定精度的影响仿真分析
• 6.4 实验验证
• 6.4.1 标定实验所用的实验设备和产品
• 6.4.2 实验目的、内容及步骤
• 6.4.3 实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 多位置标定顺序
• 作者在学期间取得的学术成果