激光陀螺捷联惯性组合的标定方法研究

论文摘要

由于激光陀螺具有精度高、可靠性好、成本低等优点,激光陀螺捷联惯导系统近年来已经成为惯性技术领域的一个重要研究方向。惯性测量组合是捷联惯导系统的核心部件,由加速度计和陀螺仪组成,用于敏感载体的加速度和姿态,因此惯性测量组合的精度将在很大程度上影响系统的导航精度。本文以激光陀螺捷联惯性组合为研究对象,主要分析了系统的误差模型、标定方法及测试设备误差对标定精度的影响。根据惯性器件的误差来源和工作环境,并考虑安装引起的误差,本文分析了加速度计、激光陀螺及惯性测量系统的误差模型,并根据导航过程中器件误差的传播特性推导了捷联惯导系统的误差方程。在此基础上,完成了加速度计和陀螺仪的测试,为误差补偿提供基准。研究了激光捷联惯性组合的分立标定方法,在双轴转台上完成了转台的对准及惯性组合的标定实验,设计并实现了加速度计组合的正十二面体20点实验,对实验结果进行分析和比较。通过坐标系变换和谐波分析的方法,分析了转台误差对加速度误差模型各项系数的影响程度,并通过仿真验证,从而为确定转台的精度指标提供了一定的依据。捷联惯导系统的系统级标定根据标定场所不同分为实验室标定和外场标定。在实验室静基座条件下可以利用速度误差进行系统级标定。本文建立了误差参数标定模型,分析了器件误差可辨识性,完成了标定位置的编排。从理论上分析了外场标定时系统状态的可观测性及收敛速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 激光陀螺捷联惯性组合综述
• 1.2.1 激光陀螺
• 1.2.2 加速度计
• 1.3 标定方法概述
• 1.4 本文的章节安排
• 第2章 惯性测量系统误差分析及误差模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 惯性器件的误差模型
• 2.2.1 惯性器件的误差特性
• 2.2.2 加速度计静态误差模型
• 2.2.3 激光陀螺动态误差模型
• 2.3 激光陀螺仪捷联惯性组合的误差模型概述
• 2.3.1 零偏误差
• 2.3.2 标度因子误差
• 2.3.3 安装误差
• 2.3.4 随机噪声
• 2.3.5 捷联惯性组合的误差模型
• 2.4 捷联惯导系统的误差方程
• 2.4.1 速度误差方程
• 2.4.2 位置误差方程
• 2.4.3 姿态误差方程
• 2.4.4 静基座条件下系统误差方程的简化
• 2.5 本章小结
• 第3章 加速度计和陀螺仪误差模型系数的标定方法
• 3.1 引言
• 3.2 激光陀螺的测试
• 3.2.1 激光陀螺在单轴转台上的测试
• 3.2.2 Allan 方差分析
• 3.3 加速度计的测试
• 3.3.1 分度头上加速度计测试
• 3.3.2 加速度计的实际输入值
• 3.3.3 重力场下的等角度旋转测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 惯性测量系统的分立标定方法
• 4.1 引言
• 4.2 转台的对准
• 4.3 多位置标定实验
• 4.4 速率标定实验
• 4.5 加速度计正十二面体20 点实验
• 4.6 转台误差对加速度计标定的影响分析
• 4.6.1 三轴转台的主要误差源及加速度计的安装误差
• 4.6.2 加速度计输出量的计算
• 4.6.3 加速度计标定精度与转台误差间的关系
• 4.6.4 算例验证
• 4.7 本章小结
• 第5章 惯性组合的系统级标定理论研究
• 5.1 引言
• 5.2 标定系统的误差模型
• 5.2.1 对准误差与惯性器件误差间的关系
• 5.2.2 转动误差与惯性器件误差间的关系
• 5.2.3 测量误差与惯性器件误差间的关系
• 5.3 惯性器件误差的可辨识性分析
• 5.4 标定实验设计
• 5.5 系统的外场标定
• 5.5.1 系统可观测性分析
• 5.5.2 系统状态的收敛速度分析
• 5.5.3 惯性器件误差的可观测性分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢