论文题目: 基于光纤陀螺船用捷联导航系统研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 导航,制导与控制
作者: 李迪
导师: 孙尧
关键词: 光纤陀螺,动态误差模型,动态模型,随机漂移误差模型,捷联罗经
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 光纤陀螺是重要的船用捷联导航设备,光纤陀螺捷联导航系统代表着未来船舶导航系统的发展方向。本文对基于光纤陀螺的船用捷联导航系统进行研究。船用捷联导航系统相比于其它用途的导航系统有着工作时间长,始终处于摇摆、颠震等工作环境的特点,应用于军舰的光纤陀螺捷联导航系统必须具备能够承受火炮、导弹等武器系统发射时很大冲击的能力。因此船用捷联导航系统对光纤陀螺的动态性能,包括动态特性与动态误差特性,随机漂移性能提出了更高的要求。数学模型是研究光纤陀螺性能的主要工具,为此本文对光纤陀螺的数字闭环检测系统的实现、动态误差模型、动态模型(传递函数)、随机漂移误差模型进行研究,得出了一些有实用价值的结论,掌握了利用数学模型研究光纤陀螺的设计与改善性能的方法。在此基础上,通过改进系统硬件设计方案与推导捷联罗经系统找北原理,论文对光纤陀螺捷联罗经系统的软硬件进行了设计与实现研究,为基于光纤陀螺的船用捷联系统研究提供了理论依据和实践基础。论文主要包括以下几个方面: 在光纤陀螺及其捷联系统硬件实现方面,完成了基于DSP+FPGA结构的光纤陀螺数字闭环检测系统,光纤捷联罗经的数字信号采集处理系统的方案设计与硬件实现。提出了一种外部中断复用以及扩展通用异步串行口的方法,严格论证了多串口的工作时序,给出了不同环境下的各种解决方案。设计实现了存储器系统、Bootloader系统、系统时序、数据总线、译码以及各种软件模块。为基于光纤陀螺的船用捷联系统硬件实现奠定了基础。 针对利用光纤陀螺的动态误差数学模型进行误差补偿这一问题,提出了一种基于人工神经网络的光纤陀螺动态误差非线性建模方法。与传统的基于线性系统建模理论的回归分析方法作比较,阐述了利用神经网络对复杂非线性系统进行建模与辨识的优越性,通过软件实现了基于神经网络的光纤陀螺动态误差建模,得到了高精度的动态误差非线性模型,为船用捷联导航系统在动态环境下的稳定工作奠定了基础。 动态数学模型(传递函数)是分析光纤陀螺运动规律、进行特性研究、改善其动态性能的基础,针对传统的建模方法的问题,提出了一种基于沃尔什函数及其变换的光纤陀螺动态建模的方法。在理论分析的基础上,解决了沃尔什矩阵的产生、采样时间点的选取、时间归一化等问题,软件实现了基于
论文目录:
第1章 绪论
1．1 选题的目的与意义
1．2 光纤陀螺的研究概况及发展趋势
1．2．1 光纤陀螺的发展现状
1．2．2 光纤陀螺的研究趋势
1．2．3 国内光纤陀螺的研究现状
1．3 捷联罗经技术概述
1．3．1 捷联技术的发展
1．3．2 捷联光纤罗经的发展
1．4 论文主要研究内容
第2章 光纤陀螺及其船用捷联系统的硬件实现
2．1 引言
2．2 闭环光纤陀螺的信号处理方案
2．3 基于 DSP+FPGA的光纤陀螺实现
2．3．1 总体方案设计
2．3．2 DSP的设计
2．3．3 基于 FPGA的外围电路设计
2．4 光纤陀螺捷联系统的设计
2．4．1 总体方案设计
2．4．2 中断复用及 DSP外部串行口的扩展研究
2．5 软件设计
2．5．1 Boot表结构
2．5．2 文件格式转化及 Boot的生成
2．5．3 汇编语言与 C语言的混合编程
2．6 本章小结
第3章 光纤陀螺动态误差模型研究
3．1 引言
3．2 光纤陀螺的动态误差机理模型
3．2．1 光纤陀螺与单自由度陀螺
3．2．2 静态误差模型
3．2．3 动态误差模型
3．2．4 传统线性辨识方法及其局限性
3．3 动态误差模型的神经网络辨识
3．3．1 神经网络辨识原理
3．3．2 神经网络与回归分析法的差异
3．3．3 非线性系统的神经网络辨识方法
3．4 基于神经网络的建模实现及实验结果
3．4．1 三轴转台速率实验
3．4．2 基于 BP神经网络的设计
3．4．3 基于 RBF神经网络的设计
3．5 建模效果的实验验证
3．5．1 基于 BP网络的建模实验
3．5．2 基于 RBF网络的建模实验
3．6 本章小结
第4章 光纤陀螺动态模型研究
4．1 引言
4．2 沃尔什函数及沃尔什变换
4．2．1 沃尔什函数
4．2．2 沃尔什变换
4．3 沃尔什函数的建模原理
4．4 建模方法的实现
4．4．1 沃尔什矩阵的产生
4．4．2 ω~T矩阵的产生
4．4．3 输入输出采样值的沃尔什变换
4．4．4 模型参数的最小二乘估计
4．4．5 响应时间归一化
4．5 建模效果的实验验证
4．5．1 仿真验证
4．5．2 实测数据验证
4．6 本章小结
第5章 光纤陀螺随机漂移模型研究
5．1 引言
5．2 Allan方差分析法
5．2．1 Allan方差分析法简介
5．2．2 Allan方差分析法的基本原理
5．2．3 光纤陀螺随机漂移噪声源分析
5．3 窗函数在 Allan方差法中的应用
5．3．1 窗函数的原理与应用
5．3．2 窗函数在中低频段的应用
5．3．3 窗函数在高频段的应用
5．3．4 频率的选择与实验设计
5．4 光纤陀螺随机漂移的 Allan方差分析
5．4．1 光纤陀螺各个随机漂移项的分析
5．4．2 光纤陀螺随机漂移的综合分析
5．4．3 光纤陀螺随机漂移模型的实验研究
5．5 本章小结
第6章 光纤陀螺捷联罗经的研究
6．1 引言
6．2 捷联矩阵的即时修正算法
6．2．1 欧拉角法
6．2．2 方向余弦法
6．2．3 四元数法
6．2．4 四元数递推算法
6．3 光纤捷联罗经的数学模型
6．3．1 数学表达式
6．3．2 静基座误差分析
6．4 光纤捷联罗经的设计
6．4．1 陀螺罗经找北机制
6．4．2 光纤捷联罗经找北分析
6．4．2 光纤捷联罗经系统设计
6．5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录A
附录B
发布时间: 2005-10-21
参考文献
- [1].船用光纤陀螺物理场分析及耦合特性研究[D]. 张卓.哈尔滨工程大学2018
- [2].船用光纤捷联惯导系统标定与海上对准技术研究[D]. 赵桂玲.哈尔滨工程大学2011
- [3].光纤陀螺捷联惯导系统在线对准及标定技术研究[D]. 曹通.哈尔滨工程大学2012
- [4].舰船高精度光纤捷联惯性导航系统技术研究[D]. 徐博.哈尔滨工程大学2011
- [5].船用单轴旋转光纤陀螺捷联惯导初始对准/测漂及综合校正研究[D]. 张鑫.哈尔滨工程大学2012
- [6].惯性/地磁组合航姿系统[D]. 张庆.哈尔滨工程大学2011
标签：光纤陀螺论文; 动态误差模型论文; 动态模型论文; 随机漂移误差模型论文; 捷联罗经论文;