论文摘要
本文结合航弹实际课题的要求,主要研究了微机械陀螺数学模型、测试、漂移建模、信号去噪及捷联姿态矩阵更新算法、动基座传递对准等关键技术,并在某工程应用上进行了新的探索。1.推导和分析了振动式微机械陀螺微分方程,在此基础上分析了陀螺性能指标,并根据实际工程的需要提出了一种单速率陀螺仪测试方法,与多速率测试相比,测试结果接近,适用于对交付验收后的陀螺仪进行考核性测试。2.分别用Allan方差法和国军标法分析微机械陀螺误差源,两者得到的参数相近。对预处理后的陀螺漂移数据进行ARMA建模,从工程可实现的角度考虑,采用ARMA（2,1）模型,补偿前后的陀螺漂移均方差为14.84byte和2.97byte,降低了3.74倍。3.在某型微机械陀螺温漂误差源分析和温漂数据的基础上,提出两种改进的灰色建模方法:一是对初始数据序列作预处理,改善其光滑度,再进行建模;二是从GM（1,1）模型的建模机理考虑,用微分方程的数值方法来建立GM（1,1）模型。GM（1,1）改进型Ⅰ的建模精度比传统GM（1,1）模型建模精度提高了4.02倍。4.在实测数据的基础上,提出了一种基于局域波分解的陀螺信号去噪方法,并与小波阈值法去噪作了对比。在小波阈值去噪中采用了指数型阈值函数,选择了sym6小波基并确定了分解尺度原则。局域波去噪采用经验模式分解及噪声相关判别方法,该去噪方法比小波方法更直接,且不受小波函数选择的影响。5.根据某航弹短时导航系统的特点及性能指标要求,设计了微惯性测量系统,然后推导了修正型罗德里格参数姿态微分方程和姿态矩阵。在角速度矢量的输入下,修正型罗德里格参数法与四元数法相比,精度相近,计算量减少40%;与等效旋转矢量法相比,精度提高,计算量减少70%。在某航弹半实物仿真中,采用修正型罗德里格参数姿态更新算法,俯仰角、滚转角和航向角能很好地跟踪三轴转台姿态,表明该算法适用于航弹的姿态更新。6.根据各种传递对准方法的优缺点和航弹随载机飞行过程中的特点,选用速度+姿态匹配的动基座传递对准方案,合理简化传递对准数学模型,采用模糊自适应卡尔曼滤波器。仿真、静态试验、车载试验和飞行试验结果表明对准精度满足要求,该传递对准方案可应用于工程实践。在对飞行控制的要求下,提出了一种近似的传递对准精度测试评估方法。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 课题来源、背景及意义1.2 微惯性器件及测量系统的国内外研究动态1.2.1 微惯性器件及微惯性测量系统发展现状1.2.2 微惯性测量系统关键技术1.3 论文工作研究内容第2章 微机械陀螺数学模型研究2.1 某型微机械陀螺工作原理2.2 微机械陀螺物理模型2.2.1 微机械陀螺微分方程2.2.2 微分方程解分析2.2.3 性能分析2.3 微机械陀螺测量模型2.3.1 多速率测试2.3.2 单速率测试2.4 本章小结第3章 微机械陀螺漂移分析及建模3.1 微机械陀螺漂移特性分析3.2 微机械陀螺漂移 Allan方差分析3.2.1 Allan方差3.2.2 漂移 Allan方差分析3.2.3 国军标随机游走计算3.3 微机械陀螺随机漂移 ARMA（p,q）建模3.4 温度漂移灰色建模3.4.1 温度漂移误差分析及试验数据3.4.2 灰色模型建模3.4.3 建模比较及补偿3.5 本章小结第4章 微机械陀螺信号去噪研究4.1 时频分析4.2 小波变换信号去噪4.2.1 二进小波变换与mallat算法4.2.2 小波阈值去噪法及改进4.2.3 小波去噪4.3 局域波法信号去噪4.3.1 局域波分解4.3.2 局域波分解去噪原理4.3.3 局域波分解去噪4.4 小波变换和局域波分解信号去噪分析4.5 本章小结第5章 微惯性测量系统设计及姿态更新算法5.1 微惯性测量系统设计5.2 捷联姿态矩阵更新算法5.2.1 坐标系定义及姿态矩阵5.2.2 四元数法姿态更新5.2.3 等效旋转矢量法姿态更新5.2.4 罗德里格参数法姿态更新5.2.5 姿态更新解算比较5.3 半实物仿真5.4 本章小结第6章 动基座传递对准及试验研究6.1 传递对准匹配方法6.2 传递对准方案及对准过程6.3 传递对准模型简化6.3.1 传递对准误差方程6.3.2 传递对准状态方程6.3.3 传递对准量测方程6.4 传递对准算法6.4.1 标准卡尔曼滤波6.4.2 模糊自适应卡尔曼滤波6.4.3 算法的设计6.5 传递对准仿真6.5.1 轨迹发生器设计6.5.2 仿真6.6 传递对准及系统精度试验6.6.1 传递对准试验6.6.2 系统精度试验6.7 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
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