论文题目: 光纤陀螺捷联惯导系统中的误差分析与补偿
论文类型: 硕士论文
论文专业: 检测技术与自动化装置
作者: 付强文
导师: 张英敏
关键词: 光纤陀螺,捷联惯导系统,误差补偿,标度因数,零偏,小波去噪,标定
文献来源: 西北工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着高新技术的发展和现代军事思想的形成,战争模式发生了很大的变化,远程打击,远程压制,精确命中已是武器发展的基本趋势,常规火箭弹的制导化研制也势在必行。制导型火箭弹可以在提高射程的情况下进一步提高射击精度,而低成本的光纤陀螺捷联惯导系统是实现以上性能的理想平台。针对目前国内研制的光纤陀螺普遍存在噪声过大、精度不高、零偏稳定性差等缺点,本论文希望通过一系列的分析、推导和实验验证,提出一套完整的误差补偿方法,使光纤陀螺捷联惯导系统能够满足武器系统的精度要求。本论文的主要研究内容如下:(1) 结合捷联式惯导系统的特点,分析了光纤陀螺的性能优点,基本原理和国内外发展现状。(2) 结合光纤陀螺捷联惯导系统的内部结构,深入分析了影响系统精度的主要误差源,并结合系统特点增加了特殊结构来减小振动、磁干扰的影响。(3) 研究了光纤陀螺噪声过大的原因,并分别采取了IIR滤波器和小波去噪方法进行采样滤波,在充分比较两种方法的理论基础和算法实现的基础上,通过实验数据肯定了小波方法在光纤陀螺噪声去除上的独特优势。(4) 根据三轴陀螺组合的误差模型,提出了一种闭环多次迭代标定方法解决了陀螺标度因数和安装偏角的精确标定问题,并编制了相应的标定解算软件。(5) 采用最小二乘法实时补偿了温度对光纤陀螺零位的影响,通过BP神经网络补偿了温度对陀螺标度因数的影响。(6) 采用了九位置法对加速度计的零位、标度因数和安装偏角进行标定,并编制了相应的标定解算软件。结合加速度计零位和标度因数的温度误差模型,采用了相应的误差补偿算法。
论文目录:
第一章 概述
1．1 导航的概念及方法
1．2 惯性导航系统
1．3 惯性导航系统的分类
1．4 论文研究的背景和意义
1．5 论文安排
第二章 光纤陀螺简介
2．1 光纤陀螺的性能优点
2．2 光纤陀螺的基本原理
2．2．1 萨格奈克(Sagnac)效应
2．2．2 媒质中的萨格奈克效应
2．2．3 干涉式光纤陀螺(I-FOG)的原理
2．3 国内外光纤陀螺的研制现状
第三章 光纤捷联惯导系统的系统结构
3．1 火箭弹系统的技术要求
3．1．1 火箭弹系统的战技指标
3．1．2 惯导系统的物理特性要求
3．1．3 惯导系统的环境要求
3．1．4 惯导系统的信号交联流程
3．2 光纤捷联惯导系统的总体结构
3．3 惯性仪表组件
3．3．1 单轴光纤陀螺仪
3．3．1．1 光纤陀螺的主要性能指标
3．3．1．2 采集陀螺数据的采集方法
3．3．2 单轴石英挠性加速度计
3．3．2．1 石英挠性加速度计的主要性能指标
3．3．2．2 加计采样量化器的工作原理
3．4 计算参数说明
3．5 弹载系统中的坐标转换
3．5．1 坐标系定义
3．5．1．1 空间大地坐标系定义
3．5．1．2 地球坐标系(e系)定义
3．5．1．3 发射坐标系(f系)定义
3．5．1．4 弹体坐标系(b系)定义
3．5．1．5 导航坐标系(n系)定义
3．5．2 坐标转换的需求定义
3．5．2．1 惯导输出即时位置
3．5．2．2 惯导输出即时速度
3．5．2．3 惯导输出航姿角
3．5．3 旋转矩阵符号的引入
3．5．4 坐标转换方法及公式
3．5．4．1 惯导输出即时位置的转换
3．5．4．2 惯导输出即时速度的转换
3．5．4．3 惯导输出航姿角转换
第四章 系统误差源分析
4．1 影响系统精度的主要误差源
4．2 冲击对光纤陀螺精度的影响
4．3 惯性量测组件的减震
4．4 惯性量测组件的磁屏蔽
4．5 其它误差源的解决方法
4．5．1 计算误差
4．5．2 初始条件误差
第五章 与光纤陀螺相关的误差补偿
5．1 陀螺漂移引起的系统误差分析
5．1．1 陀螺漂移对姿态误差的影响
5．1．2 陀螺漂移对速度误差的影响
5．1．3 陀螺漂移对位置误差的影响
5．2 采样滤波
5．2．1 光纤陀螺的数学模型
5．2．2 无限冲击响应(IIR)数字滤波
5．2．2．1 IIR滤波器的设计步骤
5．2．2．2 光纤陀螺数据的 IIR滤波器设计
5．2．3 小波滤波
5．2．3．1 小波变换与傅立叶变换的比较
5．2．3．2 小波滤波的原理和方法
5．2．3．3 快速小波算法——Mallat算法
5．2．3．4 小波去噪的实现
5．2．4 两种方法的去噪效果的比较
5．3 标度因数与安装偏角的静态标定
5．3．1 三轴陀螺组合的误差模型
5．3．2 标度因数的初步确定
5．3．3 标度因数与安装偏角的精确标定
5．4 对准过程中的零偏确定
5．4．1 初始对准的原理和要求
5．4．2 陀螺零偏的确定
5．4．2．1 东向陀螺漂移解算
5．4．2．2 北向陀螺漂移解算
5．4．2．3 天向陀螺漂移公式解算
5．5 温度补偿
5．5．1 零偏的温度补偿
5．5．1．1 陀螺零偏和温度之间的关系模型
5．5．1．2 递推最小二乘拟合
5．5．1．3 陀螺零偏温度补偿效果分析
5．5．2 标度因数的温度补偿
5．5．2．1 人工神经网络理论
5．5．2．2 BP神经网络算法
5．5．2．3 陀螺标度因数的神经网络补偿方法
第六章 与加速度计相关的误差补偿
6．1 加速度计零位引起的系统误差分析
6．1．1 加计零位对姿态误差的影响
6．1．2 加计零位对速度误差的影响
6．1．3 加计零位对位置误差的影响
6．2 加速度计量化器零位补偿
6．2．1 量化器产生零位漂移的原因
6．2．2 量化器零位的补偿
6．2．2．1 量化器的补偿方案
6．2．2．2 不同通道之间的系数标定
6．2．2．3 软件实现及补偿效果验证
6．3 标度因数、零位与安装偏角的静态标定
6．3．1 三轴加计组合的误差模型
6．3．2 三轴加计组合的九位置标定
6．4 加速度计的温度补偿
第七章 惯导系统试验
7．1 光纤陀螺捷联惯导系统的物理特性
7．2 静态对准和导航试验
7．3 航姿变化试验
7．4 高低温导航试验
7．5 大角速率试验
7．6 振动试验
7．7 跑车试验
7．7．1 基准和航向的确定
7．7．2 纯惯性跑车试验
7．7．3 组合导航跑车试验
第八章 总结
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2005-06-27
参考文献
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