光纤惯组单轴旋转调制模式及对准方法研究

发布时间：2017-12-10 04:04

  本文关键词：光纤惯组单轴旋转调制模式及对准方法研究

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【摘要】：随着光纤陀螺的精度和技术成熟度的不断提升,在高精度惯导系统中占有越来越重要的位置。目前,旋转调制技术是提高惯导系统精度的重要技术之一,将旋转调制技术应用在光纤陀螺惯导系统中,可使之达到更高的精度。本文以某长航时水下潜器为课题背景,对光纤陀螺单轴旋转调制惯导系统进行了深入的研究。本文的研究主要可以分为四个部分:(1)光纤陀螺单轴旋转调制惯导系统的自动补偿原理。本文先对Φ角误差模型进行分析,在频域分析了旋转调制惯导系统误差补偿的本质。通过对惯性器件本身存在的固有误差源陀螺漂移、随机游走误差、标度因数误差、安装误差进行分析,推导出旋转调制技术对各误差源的调制效果。此外,还对调制过程导致的锯齿型速度曲线进行了分析,并得出陀螺误差、加速度计误差是产生锯齿型速度曲线根本原因的结论。除惯性器件本身误差源外,本文还对惯组(以下简称IMU)在转动过程中引起的误差进行了分析,并在导航计算中进行补偿,减小了转动误差对系统的影响,提高了导航精度。载体在运动过程中航向的变化会对旋转调制作用产生一定的影响,本文通过对舰艇实际运动的分析,分析了舰艇航向角变化对旋转调制惯导系统的调制效果造成的影响。(2)光纤陀螺旋转调制系统方案的研究。本文通过对惯导系统误差模型进行拉普拉斯变换,分析了单轴旋转调制惯导系统误差传播的振荡特性。通过对各项误差源在导航过程中引起的速度、位置震荡幅值进行分析,得到旋转周期与速度、位置曲线震荡幅值的关系,为旋转调制惯导系统旋转周期的选取提供了理论依据。同时通过对转停方案惯导系统误差模型进行等效分析,为转停方案周期的确定提供了理论依据。通过对天向陀螺标度因数在旋转调制惯导系统中的影响分析,指出经典的转停方案中旋转次序的不足,并对其进行改进,减小了天向陀螺标度因数误差对导航精度的影响。此外,通过对转位机构在启动与停止过程中角加速度大小进行分析,得出较大的角加速度会减小导航误差。最后,在旋转方案确定的基础下,对某型号光纤陀螺单轴旋转调制惯导系统的组成进行了介绍。(3)光纤陀螺旋转调制系统对准方法的研究。通过对状态方程的可观性进行分析,指出惯导系统中东向陀螺漂移和水平加速度计零偏不可观。通过采用组合对准方式,提高系统的可观性,可快速估计出系统的航向、水平加速度计零偏、水平陀螺漂移,航向精度可达到1'之内,陀螺漂移估计值可达到0.006°/h以内,加速度计零偏估计值均方根可达到35μg以内。最后通过采用新的对准手段对天向陀螺漂移进行估计,通过两小时估计时间,在保证估计精度的情况下可估计出0.012°/h陀螺漂移,有效地降低了估计时间,具有较大的工程意义。(4)光纤陀螺单轴旋转调制惯导系统试验验证。针对舰艇实际使用需要,本文提出两种工作模式,分别为半小时对准和三小时对准。通过对两种工作模式的试验,速度、位置误差统计结果满足项目指标要求,同时也验证了对准方案以及旋转调制方案的工程实用价值。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96

【参考文献】

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1 孙枫;孙伟;;基于单轴旋转的光纤捷联惯导系统误差特性与实验分析[J];宇航学报;2010年04期

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本文编号：1273034