光纤陀螺罗经研究

发布时间：2017-05-13 00:11

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【摘要】：光纤陀螺由于其相对于机械陀螺和激光陀螺有许多独特的优越性,故在军用和民用领域中的潜在用途最广。捷联惯导系统是今后惯性导航系统发展的总趋势,随着光纤陀螺的广泛应用,光纤捷联惯导系统的研制将成为今后研究的重点。本文探讨的光纤陀螺罗经实质上是一种捷联惯导系统,与一般捷联惯导不同的是该系统能在舰船系泊状态下,即基座存在较大幅度的摇摆干扰时完成自对准。 本文的主要研究工作如下: 1.针对当前捷联惯导系统中惯性器件的输出大多采用增量形式的数据输出,简要介绍了适合于增量形式数据处理的捷联算法基本理论。基本理论包括四元数和等效旋转矢量算法、圆锥误差及其补偿算法、划船误差产生的机理及其补偿算法、涡卷误差产生的机理及其补偿算法。同时对捷联算法在摇摆基座上不考虑初始对准及陀螺加速度计的误差的导航算法精度进行了仿真。 2.着重研究了基于较大幅度摇摆基座的光纤捷联惯导系统初始自对准技术。本部分为光纤陀螺罗经算法构造的核心部分,具体提出了两种可行方案:①在惯性坐标系下的最小二乘法精对准方案。②在惯性坐标系下应用卡尔曼滤波法的对准方案。其中粗对准采用了地心惯性坐标系与载体惯性坐标系相结合的方法来实现,即以陀螺输出为量测信息,重力加速度为参考信息,来估计载体惯性坐标系与地心惯性坐标系间的关系的方法来实现粗对准。 3.对捷联惯导系统(SINS)、多普勒(DVS)和全球定位系统(GPS)的误差方程进行了分析,建立了以捷联惯导系统为主的船用组合导航系统。仿真结果表明组合导航系统在应用部分反馈时(位置与速度反馈)能有效抑制导航误差。 本文有如下创新点: 1.基于g信息的粗对准。 2.对准中以惯性坐标系作为参考坐标系,从而使得地球自转角速度信息转化为g的方向变化信息,从中提取北向信息,克服了基座的摇摆干扰。
【关键词】：光纤陀螺罗经 捷联惯导系统 初始对准 摇摆基座 组合导航 圆锥误差 划船误差 涡卷误差
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U666.151
【目录】：

• 第一章 绪论8-11
• 第二章 捷联惯导系统的基本理论11-36
• 2.1 等效旋转矢量算法11-16
• 2.1.1 等效旋转矢量法11-14
• 2.1.2 圆锥误差及其补偿算法14-16
• 2.2 划船效应产生的机理及其补偿算法16-22
• 2.2.1 划船效应产生的机理17-20
• 2.2.2 划船误差的补偿算法20-22
• 2.3 涡卷效应产生的机理及其补偿算法22-24
• 2.3.1 涡卷效应产生的机理22-23
• 2.3.2 涡卷误差的补偿算法23-24
• 2.4 捷联惯导数字迭代算法24-32
• 2.4.1 捷联惯导算法微分方程组24-25
• 2.4.2 姿态更新算法25-27
• 2.4.3 速度更新算法27-29
• 2.4.4 位置更新算法29-32
• 2.5 光纤捷联算法仿真结果32-36
• 第三章 捷联惯导初始对准36-63
• 3.1 最小二乘法精对准37-45
• 3.1.1 姿态误差角方程37-39
• 3.1.2 加速度计输出分析39-42
• 3.1.3 量测方程的构造42-43
• 3.1.4 精对准递推加权最小二乘算法43
• 3.1.5 仿真条件43-44
• 3.1.6 仿真结果44
• 3.1.7 结论44-45
• 3.2 以重力加速度为基准时的卡尔曼滤波法精对准45-48
• 3.2.1 加速度计输出分析45
• 3.2.2 系统方程和量测方程45-47
• 3.2.3 仿真条件47
• 3.2.4 仿真结果47-48
• 3.2.5 结果分析48
• 3.3 以速度为量测量的卡尔曼滤波法初始对准48-56
• 3.3.1 粗对准算法设计48-51
• 3.3.2 精对准算法设计51-54
• 3.3.3 仿真环境设置54-55
• 3.3.4 仿真结果55-56
• 3.3.5 结果分析56
• 3.4 构造量测量的捷联算法56-63
• 3.4.1 粗对准的捷联算法及杆臂效应补偿算法56-59
• 3.4.2 精对准的捷联算法及杆臂效应补偿算法59-60
• 3.4.3 仿真环境设置60-61
• 3.4.4 仿真结果61-63
• 第四章 船用组合导航系统设计63-88
• 4.1 光纤捷联惯导系统误差方程63-66
• 4.1.1 姿态误差方程63-65
• 4.1.2 速度误差方程65
• 4.1.3 位置误差方程65-66
• 4.2 声多普勒系统误差方程66-67
• 4.3 GPS系统误差方程67
• 4.4 量测方程的建立67-69
• 4.4.1 惯导与声多普勒形成的量测量68
• 4.4.2 惯导与GPS形成的量测量68-69
• 4.5 集中滤波器的设计69-72
• 4.5.1 光纤捷联惯导系统的矩阵形式69-71
• 4.5.2 集中滤波器71-72
• 4.6 仿真所需的一些基本算法72-76
• 4.6.1 航迹仿真算法72
• 4.6.2 基本运动状态72-74
• 4.6.3 航迹微分方程组74-75
• 4.6.4 微分方程的四阶龙格-库塔数值解法75-76
• 4.7 惯性/声多普勒/GPS组合导航系统仿真分析76-88
• 4.7.1 仿真结果78-83
• 4.7.2 关于反馈校正的一点讨论83-85
• 4.7.3 关于组合导航系统仿真的几点讨论85-88
• 第五章 船舶摇摆运动建模及惯性仪器误差分析88-93
• 5.1 船舶摇摆运动建模88-89
• 5.2 光纤陀螺的模型及误差补偿89-91
• 5.3 加速度计的误差分析91-93
• 总结93-94
• 附录A 地球的基本参数与坐标系的定义及其转换94-100
• A.1 各种坐标系的定义94-95
• A.2 各种坐标系之间的转换关系95-96
• A.3 地球的描述96-100
• 附录B 四元素方法介绍100-105
• 参考文献105-108
• 致谢108-109
• 西北工业大学学位论文知识产权声明书109
• 西北工业大学学位论文原创性声明109

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张义;舰船捷联惯性系统初始对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

2 王根;空间稳定型惯导系统分析与设计[D];哈尔滨工程大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张鑫;船用光纤陀螺捷联惯性系统初始对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 盛宏媛;光纤陀螺捷联惯导系统级标定方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

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本文编号：361174