光纤陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究

发布时间：2017-04-30 08:49

  本文关键词：光纤陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 针对以光纤陀螺(FOG)为惯性传感器的捷联惯导系统在初始对准过程中存在的理论与技术问题,开展了FOG误差分析以及光纤陀螺捷联惯导系统速初始对准技术研究,提出了解决FOG应用中部分理论与技术问题以及实现FOG捷联惯导系统初始对准的途径与方法,主要内容为: (1)研究了高精度FOG随机误差的建模与滤波。在对FOG噪声分析的基础上,采用Allan方差分析法和时间序列法,根据两种方法分析结果的一致性,建立了高精度FOG的随机误差模型;提出了一种改进型二阶自回归AR(2)模型,实现了高精度FOG随机误差在惯导系统初始对准和静态导航中的在线建模,并采用卡尔曼滤波算法,实现了高精度FOG随机误差的实时滤波。 (2)分析了FOG角随机游走产生的原因;提出了研究FOG角随机游走对惯导系统初始对准影响的方法;定量分析了FOG角随机游走对FOG惯导系统静态对准和导航的影响;分析了角随机游走对FOG惯导系统的多种影响及其特点,为FOG惯导系统的优化设计提供了理论指导。 (3)研究了FOG的磁特性,提出了提高FOG抗磁能力的措施与方法;根据车载捷联式陀螺寻北仪的特点,提出了一种采用低成本高精度去偏FOG实现短时稳定的“两位一面”寻北仪转位机构方案,研究了其防磁技术;建立了FOG寻北仪以及FOG寻北仪中FOG的误差模型;分析了FOG寻北仪产生多位置寻北误差的原因,确定了消除或减小该误差的方法。 (4)分析了陆军战车摆动干扰的特点,提出了一种FOG惯导系统粗对准中的摆动误差补偿方法;通过理论分析和仿真,建立了FOG捷联惯导系统在初始精对准和综合校正时的FOG误差模型;采用光纤惯组与里程计“松耦合”的组合方式,实现了FOG捷联惯导系统的综合校正。 (5)针对捷联惯导系统的初始对准,设计了将遗传算法用于初始对准时的适应度函数,分别将遗传算法用于粗对准和精对准,探讨了遗传算法用于初始对准的可行性。在分析了单一遗传算法特点的基础上,将遗传模拟退火算法用于初始对准,并进行了仿真验证。 (6)综合应用上述理论和技术研究成果,把理论研究应用于实际,结合具体科研项目,研究了FOG误差模型、初始对准算法、滤波算法、导航和综合校正算法在实际系统中的应用,设计开发了光纤陀螺捷联姿态与航向基准系统并通过了技术鉴定。
【关键词】：光纤陀螺 捷联惯导 初始对准 误差分析 遗传算法
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：V241.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 研究的背景和意义12-13
• 1.2 光纤陀螺惯导系统的国内外研究概况13-18
• 1.2.1 光纤陀螺的国内外研究现状13-15
• 1.2.2 光纤陀螺在捷联惯导系统中应用的国内外现状15-18
• 1.3 论文的主要研究内容及结构安排18-20
• 2 高精度光纤陀螺随机误差的建模与滤波研究20-44
• 2.1 引言20-21
• 2.2 光纤陀螺的误差分析21-24
• 2.2.1 光路误差21-23
• 2.2.2 内部线路产生的误差23-24
• 2.2.3 外部环境因素产生的误差24
• 2.3 高精度光纤陀螺的Allan方差分析24-32
• 2.3.1 Allan方差分析24-25
• 2.3.2 光纤陀螺的噪声分析25-29
• 2.3.3 Allan方差法估计的可信度29
• 2.3.4 用Allan方差法分析光纤陀螺的误差模型29-32
• 2.4 时间序列分析与高精度光纤陀螺的ARMA模型32-38
• 2.4.1 时间序列分析32
• 2.4.2 ARMA(n，m)模型32-34
• 2.4.3 光纤陀螺误差的ARMA模型34-38
• 2.5 高精度光纤陀螺随机误差模型38
• 2.6 高精度光纤陀螺随机误差的在线建模38-39
• 2.7 光纤陀螺随机误差的实时滤波39-40
• 2.8 光纤陀螺随机误差在线建模与滤波的应用40-43
• 2.8.1 在提高陀螺精度方面的应用40-42
• 2.8.2 在捷联惯导系统初始对准中的应用42
• 2.8.3 在捷联惯导系统静态导航中的应用42-43
• 2.9 本章小结43-44
• 3 光纤陀螺角随机游走及其对捷联惯导系统的影响44-64
• 3.1 研究的目的与意义44
• 3.2 国内外研究背景44-45
• 3.3 角随机游走系数概念45-46
• 3.3.1 角随机游走系数的定义45
• 3.3.2 角随机游走的单位45-46
• 3.4 角随机游走系数计算方法46
• 3.5 光纤陀螺角随机游走产生的原因以及对角随机游走的理解46-48
• 3.5.1 光纤陀螺角随机游走产生的原因46
• 3.5.2 对角随机游走的理解46-47
• 3.5.3 光纤陀螺角随机游走与漂移的区别47-48
• 3.6 光纤陀螺角随机游走与惯导系统误差的关系以及对导航系统的影响48-63
• 3.6.1 研究光纤陀螺角随机游走对惯导系统的影响的方法48-49
• 3.6.2 角随机游走对静态惯导系统的影响49-53
• 3.6.3 光纤陀螺角随机游走产生的静态导航误差53-61
• 3.6.4 仿真结果的比较61-63
• 3.7 角随机游走与控制系统的关系63
• 3.8 本章小结63-64
• 4 光纤陀螺的磁特性及光纤陀螺寻北仪设计与误差分析64-82
• 4.1 光纤的法拉第效应64-65
• 4.1.1 法拉第效应64-65
• 4.1.2 光纤的法拉第效应65
• 4.2 光纤陀螺的磁特性65-69
• 4.2.1 磁场对去偏光纤陀螺的影响65-67
• 4.2.2 磁场对保偏光纤陀螺的影响67-69
• 4.3 光纤陀螺寻北仪的设计69-71
• 4.3.1 引言69-70
• 4.3.2 寻北用高精度去偏光纤陀螺研究70
• 4.3.3 车载光纤陀螺寻北仪转位机构设计70-71
• 4.4 光纤陀螺寻北仪的误差分析71-81
• 4.4.1 光纤陀螺寻北仪的数学模型71-74
• 4.4.2 光纤陀螺寻北仪的误差模型74
• 4.4.3 光纤陀螺寻北仪中光纤陀螺的误差模型74-77
• 4.4.4 光纤陀螺寻北仪的多位置寻北误差77-81
• 4.4.5 实验结论81
• 4.5 本章小结81-82
• 5 光纤陀螺捷联惯导系统的初始对准和综合校正研究82-103
• 5.1 引言82
• 5.2 摇摆状态下初始粗对准方法研究82-87
• 5.2.1 摆动状态下的粗对准结果82-84
• 5.2.2 车体摆动误差的特点分析84-85
• 5.2.3 摆动误差的补偿原理85-86
• 5.2.4 摆动误差补偿后的仿真结果86
• 5.2.5 结论86-87
• 5.3 光纤陀螺捷联惯导系统精对准过程中的光纤陀螺随机误差模型87-92
• 5.3.1 光纤陀螺误差模型为随机常数时的静态精对准87-89
• 5.3.2 光纤陀螺误差模型为一阶马尔柯夫过程时的静态精对准89-91
• 5.3.3 光纤陀螺捷联惯导系统精对准过程中的光纤陀螺随机误差模型91-92
• 5.4 光纤陀螺捷联式惯导系统的综合校正92-94
• 5.4.1 光纤陀螺捷联式惯导系统的综合校正方法92
• 5.4.2 光纤陀螺误差模型为随机常数时的综合校正92-93
• 5.4.3 光纤陀螺误差模型为一阶马尔柯夫过程时的综合校正93-94
• 5.4.4 光纤陀螺捷联式惯导系统综合校正中的FOG随机误差模型94
• 5.5 遗传算法在初始对准中的应用94-102
• 5.5.1 遗传算法原理94-96
• 5.5.2 遗传算法在初始对准不同阶段中的应用96-101
• 5.5.3 遗传模拟退火算法在初始对准中的应用101-102
• 5.6 本章小结102-103
• 6 光纤陀螺捷联姿态与航向基准系统设计103-112
• 6.1 系统的功能103-104
• 6.2 系统的硬件结构设计104-106
• 6.3 系统的软件设计与实现106-110
• 6.3.1 粗对准方案设计106
• 6.3.2 卡尔曼滤波估计精对准106-108
• 6.3.3 导航算法108
• 6.3.4 系统的综合校正108
• 6.3.5 组合测试软件108-110
• 6.4 存在的问题110-111
• 6.5 本章小结111-112
• 7 结论与展望112-115
• 7.1 研究过程中的主要工作112-113
• 7.2 结论及创新点113
• 7.3 未来的研究展望113-115
• 致谢115-116
• 参考文献116-122
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及科研获奖情况122

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 白俊卿;张科;卫育新;;ARMA模型在光纤陀螺惯导系统寻北中的应用[J];计算机与数字工程;2012年08期

2 仇磊;;某型炮兵气象雷达探测系统自动寻北标定仪关键技术分析[J];舰船电子工程;2013年02期

3 李家垒;许化龙;何婧;;光纤陀螺随机漂移的实时滤波方法研究[J];宇航学报;2010年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1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

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 庞松;光纤捷联组合导航系统设计与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王健;基于光纤陀螺的炮控系统性能参数测试技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 钟多就;蛙人运载器导航与控制系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

4 郑秋丽;光纤陀螺寻北仪误差分析及补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

  本文关键词：光纤陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：336488