光纤陀螺在捷联惯导系统中的性能分析与误差补偿

发布时间：2020-05-13 02:57

【摘要】：光纤陀螺在捷联式惯性导航系统中应用广泛,其作为导航系统中敏感运动物体角运动的敏感元件,它的精度直接决定了导航系统整体的导航精度。由于光纤陀螺的研究涉及军事与国防,各国该方向的研究持保密态度,国内对高精度的光纤陀螺的研发还稍显落后。因此,在现有有限的陀螺精度下,可以通过信号处理的方法,在光纤陀螺的输出信号进入导航计算机进行解算之前,对其进行滤波处理,提高捷联式惯性导航系统的精度。本文以干涉式光纤陀螺仪为研究对象,介绍了光纤陀螺和捷联式惯性导航系统的原理,对光纤陀螺中存在的误差源进行分析仿真,并建立Allan方差模型,通过Allan方差法对光纤陀螺随机误差特性进行评价。首先使用了基于卡尔曼滤波器的滤波方法对光纤陀螺实际静态输出信号进行滤波。对原始信号建立自回归滑动平均模型,在模型的基础上使用卡尔曼滤波器进行滤波。随后改用小波软阈值滤波法,选择合适的小波基函数、分解尺度和阈值,对光纤陀螺原始信号进行滤波。依据Allan方差法对两种滤波方法进行评估,结果表明,小波软阈值滤波法对高频误差的滤除要优于卡尔曼滤波法,但是卡尔曼滤波在中低频误差的滤波效果也不容忽视。本文介绍了经验模态分解(EMD)滤波法,并对其进行改进。由于EMD分解方法存在端点效应,无法正确判断左右两个端点是否为信号的极大极小值,对信号的后续处理就会存在误差。本文采用了对称延拓法对端点效应进行处理,并对处理后的信号进行EMD分解,正交指数远小于给定值,端点效应得到了有效解决。同时,改进了EMD阈值滤波的阈值选取方法,根据噪声能量在不同IMF分量中的分布找出其对应的阈值,将每两个过零点之间的极值点与阈值作比较,根据比较的结果对两过零点之间所有的数据进行处理。对各滤波方法的滤波效果进行评估之后,说明了改进的EMD分解滤波法综合了卡尔曼滤波法与小波滤波法的优点,不论相关时间的长短,滤波后数据的Allan方差和拟合的误差系数都显著减小,对几种随机误差都有很好的滤波效果。
【图文】：

环形干涉仪

析它的静态输出信号，研究提高输出精度的方法。通过对的方法对其进行滤波，达到降低 FOG 随机误差的目的。螺国内外的发展现状光纤陀螺国外发展现状国科学家 Sagnac 发现了 Sagnac 效应，研制出可旋转涉仪，结构如图 1.1 所示，奠定了 FOG 的理论基础[7]。University 的 Vali、Shorthill 研制出了第一台 FOG 样机，FO的进行，研究重点从一开始的分立器件转移到集成光学器研究者们发现了分立元件们都会对光束产生部分反射，而要障碍之一。伴随着光纤制造技术的发展和半导体激光器FOG 的研究取得了飞速发展。40 多年来，高精度 FOG 的已经能够将低精度的 FOG 广泛应用在工程中，中高精度。表 1.1 给出了不同级别的 FOG 的性能[9]。

实物,公司,产品,硕士学位论文

西安电子科技大学硕士学位论文.3 Northrop Grumman 公司部分惯性产品中光纤陀螺的性能号随机游走( / h) 偏置稳定性( / h)标 0.01 0.1 0.02 0.5 0.07 1
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN96

【参考文献】