调制型光纤陀螺捷联惯导系统误差抑制技术研究

发布时间：2018-12-10 11:02

【摘要】：捷联惯导系统的发散式定位误差是影响系统长时间导航能力的主要因素之一,旋转调制作为一种惯性组件偏差的自补偿技术,通过惯性组件整周期的翻滚、停位等运动,对其常值偏差进行调制,进而抵消器件偏差对系统导航精度影响,达到调制目的。本文对基于光纤陀螺的调制型捷联惯导系统展开讨论,从旋转方案、误差分析及抑制、双导航程序估算器件误差等几方面进行深入研究。论文的主要工作有:1.根据调制型捷联惯导系统基本原理,分析了载体角运动与调制转轴同向和垂直两类运动对旋转调制的影响。针对系统中引入旋转机构这一特殊环境,详细分析了旋转机构转动精度、测角精度对调制效果的影响。在此基础上提出了基于多位置的转台水平倾斜角测量方法,归纳总结了调制过程中旋转机构角变速运动抵消方式。2.在建立了光纤陀螺仪和加速度计误差模型的基础上,以光纤陀螺为例详细分析其常值漂移、刻度因数误差和安装误差分别在旋转和停位过程中对导航误差的具体影响形式,总结并提出了相对地理系旋转调制的旋转方案设计原则,依据该旋转方案设计了相对地理系的单轴、双轴正反转停旋转方案。3.旋转调制过程中,光纤陀螺敏感的角速度信息包括地球自转角速度、旋转调制角速度和载体运动角速度。由于地球转速是客观存在不变量,相对地理系的调制方式无法完全消除其与陀螺刻度因数误差和安装误差的耦合误差。为了消除该耦合误差,文中提出了绕地球自转轴旋转的调制方式,即调制过程中始终存在一个与地球转速等大反向的角速度,在此基础上进行翻转停位运动达到调制目的,基于该思想设计了相对地球自转轴旋转的三轴调制方案。4.旋转调制的目的在于抑制系统导航解算的发散式定位误差,然而调制同时使姿态和速度误差增大。文中详细推导了调制状态下系统导航误差方程,根据各导航误差特性提出了相应的误差抑制方法:·对于姿态误差,提出了基于罗经原理的姿态误差抑制方法。文中首先介绍载体静基座罗经对准原理,依据该对准方法提出了载体航行过程中基于罗经原理的导航解算方法,针对不同输入与输出之间的频域分析结果,得到抑制调制姿态误差的罗经参数设计方法;·对于速度误差,提出了基于Butterworth滤波器的速度误差抑制方法。该方法在传统串联校正阻尼网络基础上,利用多普勒计程仪(DVL)测速作为速度基准得到惯导解算速度误差,再通过Butterworth滤波器滤除速度误差中的调制周期振荡误差,得到最终的速度信息。5.由于基于罗经原理的姿态误差抑制方法和基于Butterworth滤波器的速度误差抑制方法无法合并为一套导航解算过程。因此,提出了调制型捷联惯导系统的双程序解算方法:该方法以一组惯性组件的量测值为输入,在导航计算机中同时进行两组导航程序解算,一组解算载体速度和位置信息,一组解算载体姿态信息。6.基于双导航解算程序的思想,提出了 DVL常值测速误差估算方法。该方法根据调制状态下基于罗经原理的导航解算中失准角稳态误差只与DVL测速误差与罗经参数有关这一特性,在导航计算机中采用两组不同罗经参数的罗经导航解算法,再将两组姿态信息进一步耦合计算得到DVL测速误差估算结果。7.针对调制型捷联惯导系统中引入旋转机构这一特性,提出了载体系泊状态下的光纤陀螺在线标定方法。根据载体系泊状态下失准角稳态误差受陀螺输出误差影响与罗经参数有关这一特性,在导航计算机中采用罗经参数不同的两组导航程序,利用旋转机构带动惯性组件转至不同位置,将各位置解算姿态结果进一步耦合计算得到陀螺常值漂移估算结果。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN96

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本文编号：2370461