论文摘要
现代战争对导弹等武器系统的打击精度和机动性提出了更高的要求,提高弹载惯性导航系统的性能显得非常迫切。目前,激光陀螺捷联惯导系统因其自身的优势,已在很多武器系统中得到应用。但在中远程导弹系统中,受振动环境的影响,其导航精度大幅度降低。本课题对振动环境中激光陀螺捷联惯导系统的误差产生机理和补偿技术开展了一系列研究,旨在研究提高激光陀螺捷联惯导系统精度的方法,使其能够更好的应用在中远程导弹等武器系统中。首先,从惯性导航基本方程和惯性器件误差模型出发,通过仿真分别研究了线振动和角振动环境中系统各器件误差引入的导航误差特性。重点分析了线振动环境中加速度计交叉耦合项误差引入的导航误差,同时也对角振动所引入的导航误差进行了分析。其次,分别研究了静基座和线振动环境中激光陀螺捷联惯导系统的频域特性。针对导弹等武器系统对滤波器延时的特殊要求,在数据预处理阶段设计了低阶FIR滤波器+自适应IIR陷波器的滤波参数,在保证滤波效果的同时减小了系统的延时。再次,研究了激光陀螺捷联惯导系统中加速度计的尺寸效应误差,设计了一种易于工程实现的内杆臂参数辨识方法。标定实验证明:该标定方法能够精确的标定出杆臂参数。验证实验表明:在振动环境中对加速度计尺寸效应误差进行补偿后,系统精度明显提高。最后,探讨了振动环境激中激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件的漂移。针对振动环境中惯性器件会产生较大漂移的问题,设计了双位置卡尔曼滤波初始对准测漂方法。一系列振动误差补偿实验表明:系统导航精度提高了35%以上。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 研究背景及意义1.2 捷联惯性导航系统概述1.3 国内外研究现状1.3.1 弹用惯性导航系统的发展1.3.2 误差产生机理及补偿技术1.4 主要工作第二章 振动环境中捷联惯导系统的误差传播特性分析2.1 惯性导航基本关系式2.1.1 常用坐标系2.1.2 捷联姿态表示2.1.3 惯性导航基本方程2.2 激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件的误差模型2.2.1 激光陀螺的误差模型2.2.2 加速度计的非线性误差模型2.3 捷联惯导系统的导航误差方程2.4 振动环境中惯导系统误差特性的研究2.4.1 仿真参数设置2.4.2 线振动环境中系统误差传播特性2.4.3 角振动环境中系统误差传播特性2.4.4 仿真结论2.5 本章小结第三章 振动环境中激光陀螺捷联惯导系统滤波器参数设计与验证3.1 激光陀螺捷联惯导系统的频域特性分析3.1.1 静基座条件下激光陀螺捷联惯导系统的频域分析3.1.2 线振动环境中激光陀螺捷联惯导系统的频域分析3.1.3 捷联惯导系统中激光陀螺抖动解调方法3.2 激光陀螺捷联惯导系统的延时分析3.2.1 FIR滤波器的延时特性3.2.2 自适应IIR陷波器的设计3.3 振动环境中系统数字滤波器参数设计3.3.1 数字滤波器的选择3.3.2 数字滤波器的工程验证3.3.3 结论3.4 本章小结第四章 振动环境中激光陀螺捷联惯导系统尺寸效应参数的精确标定与补偿4.1 旋转对加速度计的影响4.2 激光陀螺捷联惯导系统的尺寸效应分析4.3 尺寸效应参数标定方法4.3.1 量测方程的建立4.3.2 参数辨识步骤及结果4.4 尺寸效应参数辨识结果验证实验4.4.1 尺寸效应误差补偿模型4.4.2 尺寸效应参数辨识实验4.5 本章小结第五章 振动环境中激光陀螺捷联惯导系统器件误差的探讨5.1 激光陀螺弯曲误差的探讨5.1.1 器件级弯曲误差5.1.2 系统级弯曲误差5.1.3 激光陀螺弯曲误差仿真5.2 惯性器件振动误差的探索5.2.1 激光陀螺振动误差5.2.2 振动对加速度计零位的影响5.3 本章小结第六章 振动环境中激光陀螺捷联惯导系统的误差补偿实验6.1 振动环境中卡尔曼滤波精对准与器件漂移估计6.1.1 对准与测漂卡尔曼滤波模型6.1.2 振动环境中对准与测漂实验6.2 误差补偿实验6.2.1 系统尺寸效应误差补偿实验6.2.2 系统短时振动附加漂移补偿实验6.2.3 系统长时间振动附加漂移补偿实验6.3 本章小结第七章 总结与展望7.1 总结7.2 未来工作致谢参考文献作者在学期间取得的学术成果附录A 线振动环境中误差特性曲线附录B 角振动环境中误差特性曲线
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