单轴旋转调制捷联惯导对准和旋转轴标定关键技术研究

发布时间：2020-10-23 00:40

　　旋转调制技术是目前捷联惯性导航系统的研究热点之一。本文以光纤陀螺单轴旋转调制捷联惯导系统为研究对象,对单轴旋转调制系统的误差自补偿技术、惯导系统初始对准方法以及旋转轴陀螺常值误差的估计标校进行了研究,并完成了相关的试验验证。论文主要内容如下:1.研究了单轴旋转调制捷联惯性导航系统的结构和原理,并在此基础上推导了系统的速度误差方程,姿态误差方程和位置误差方程,针对单轴旋转调制捷联惯性导航系统传感器元器件的误差传递特性,研究了旋转调制的原理。2.研究了单轴旋转捷联惯性导航系统的初始对准方法。考虑系统工作环境的动态特性,提出了基于凝固法的粗对准和基于速度匹配的H∞滤波精对准方法。对该方法进行了数学仿真与实验验证,结果表明该方法能提高惯导系统的初始对准精度,从而提高了单轴旋转惯导系统定位精度。3.研究了单轴旋转捷联惯性导航系统的旋转轴陀螺标校技术。单轴旋转调制系统中旋转轴的陀螺漂移无法被调制,该误差会引起惯导系统随时间积累的位置误差。为了提高系统长时间导航精度,提出了一种基于高斯过程回归的精确标校方位陀螺漂移的方法。对该方法进行了数学仿真,结果表明该方法能够精确辨识惯导系统的方位陀螺常值漂移,从而提高了单轴旋转惯导系统定位精度。4.利用单轴旋转捷联惯性导航系统样机进行了一系列实验,包括静态实验、摇摆实验和跑车实验等,实验取得了预期的结果,验证了本文所提方法的可行性和有效性。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN961
【部分图文】：

结构图,捷联惯性导航系统,旋转式,基本原理

这两款型号的单轴旋转捷联调制惯性导航系统的性能优良，且成本低廉，因此大量装备于舰??船和潜艇，成为应用最为广泛的旋转捷联惯性导航系统［３２］。??图１．３为ＭＫ３９Ｍｏｄ３Ｃ型号的单轴旋转捷联调制惯性导航系统结构图。ＷＳＮ－７Ｂ系统与??ＭＫ３９Ｍ〇ｄ３Ｃ系统的结构较为相似。??１９８５年，美国Ｒｏｃｋｗｅｌｌ公司研制出基于环形激光陀螺的导航仪系统。该系统采用正反连续旋转??的调制方式［Ｂ】，顺序为先顺时针转动６圈然后再逆时针转动６圈，转动的角速率为７０７ｓ，在该方案??中，环形激光陀螺的闭锁问题能够被有效的被解决，同时周期性的转动，使得陀螺仪和加速度计常??值误差在水平方向上的分量被调制补偿，从而提高系统的导航定位精度。??１９８８年，Ｌｉｔｅｆ公司成功研制出了?ＰＬ４１ＭＫ４型基于激光陀螺的单轴旋转惯性导航系统，并且应??用于德国海军潜艇。该系统的初始对准时间总长为３０ｍｍ，在对准工程中，利用ｋａｌｍａｎ滤波技术实??现对激光陀螺零位的标校补偿［３４］。??１９９５年，美国的波音公司幵展基于光纤陀螺的旋转式惯性导航

系统结构图,单轴,捷联惯性导航系统,性导

?ｆＭ，＊?Ｌｍ??图１．３?ＭＫ３９Ｍ〇ｄ３Ｃ型号的单轴旋转捷联调制惯图１．４激光陀螺单轴旋转调制捷联惯性导航系统??性导航系统结构图??１．３单轴旋转惯导关键技术研究现状??旋转调制技术能够有效地提高捷联惯性导航系统的导航定位精度，并且对于传统的惯性导航系??统而言，其系统具有精度更高的优点，非常适用于舰船、潜艇等需要长时间工作的环境ｍ。因此研??宄旋转调制技术具有十分重要的工程实用价值。??对于单轴旋转调制捷联惯性导航系统而言，高精度的导航定位包括三大关键技术，分别为：惯??性仪表技术、初始对准技术以及系统旋转轴轴向陀螺常值漂移误差标定与补偿技术。惯性仪表是导??航定位系统的硬件基础，从根本上提高系统的导航定位精度需要提高系统的惯性器件测量精度，然??而高精度的惯性器件在短时难以实现，所以针对确定了惯性器件精度的单轴旋转捷联惯性导航系统，??研宄其初始对准技术和系统旋转轴轴向陀螺常值漂移误差标定与补偿技术具有重要意义。故本文针??对这两个方面的关键技术进行分析，针对它们的研究现状和发展趋势进行详细的介绍与说明。??１．３．１雑旋转捷联惯性导航系统初始对准算法研究现状??初始对准是单轴旋转捷联惯性导航系统的关键技术之一，其对准结果会直接影响系统的导航定??位性能。从控制的角度来说

载体,地球坐标系,地理坐标系,旋转坐标系