当前位置:主页 > 科技论文 > 信息工程论文 >

光纤陀螺输入轴失准角误差及补偿技术研究

发布时间:2018-10-10 17:36
【摘要】:光纤陀螺仪作为全固态仪表,具有寿命长、质量轻、体积小、动态范围大、精度应用覆盖面广、抗冲击等特点,已成为新一代捷联惯性导航系统及其它应用中较理想的陀螺仪表。随着光纤陀螺精度的提升,陀螺失准角及其误差的影响越发突出。例如:在地面静态试验中,1.5角分的失准角误差将会导致光纤陀螺产生0.0066°/h的零偏测试误差、0.0123°/h的零偏位置误差与0.1ppm的标度因数不稳定性。这一失准角误差同样会导致光纤惯组产生超过1角分的初始对准误差与随时间成指数型增长的导航定位误差。因此,为了能有效提升光纤陀螺的使用精度,有必要深入开展陀螺失准角误差机理的研究并寻找有效的技术解决措施。首先,论文理论推导了螺旋绕制的光纤环导致失准角及失准角误差的产生原因。经分析,理想的对称绕法不会产生失准角,诸多工艺问题是导致失准角产生的主要原因。合理的改善工艺措施有利于在研制、生产过程中降低陀螺失准角。当前光纤陀螺常见的应用环境因素中,温度、应力释放、振动、长期辐照均会引起难以补偿的失准角变化(即失准角误差);短期辐照与磁场虽然会对零偏与标度因数造成较大影响,但在光纤陀螺正常工作的范围内不会产生失准角误差。其次,论文分析了陀螺失准角误差对零偏漂移测试、多位置零偏测试(用于衡量陀螺零偏在不同空间位置的重复性)、标度因数稳定性、初始对准、导航定位等性能指标的作用机理及影响结果。通过分析可知,输入轴失准角及其误差不仅会严重影响导航精度,对高精度光纤陀螺的其它性能指标也会有较大影响。最后,论文开展了失准角及失准角误差抑制的相关研究。本文在现有技术基础上提出了失准角温度误差的补偿方法,对补偿方法的物理意义、方法误差、精确建模进行了深入研究,通过试验证明了该补偿方法的有效性与实用性。但是,该补偿方法需要三个正交轴的角速度信息作为补偿输入,所以不适用于独立应用的单轴光纤陀螺。针对独立使用的单轴速率陀螺,本文提出了一种利用尾纤倾斜绕制补偿单轴陀螺失准角的方法。在研究过程中不仅证明了该补偿方法的可行性,也结合工程实际分析了可能遇到的问题。鉴于该补偿方法的实现尚有诸多工艺问题需要考虑,本文仅进行理论推导。本文研究表明,全面开展陀螺失准角的研究工作,不仅可以有效地提高我们对失准角产生机理与误差影响的认识,也可以有效地抑制陀螺失准角及其误差,提升高精度光纤陀螺及惯组的应用精度。
[Abstract]:As an all-solid-state instrument, fiber optic gyroscope has the characteristics of long life, light weight, small volume, wide dynamic range, wide precision application coverage, anti-impact and so on. It has become an ideal gyroscope instrument in the new generation strapdown inertial navigation system and other applications. With the improvement of the precision of fiber optic gyroscope (fog), the influence of gyroscope misalignment angle and its error becomes more and more prominent. For example, in the static test on the ground, the misalignment error of 1.5-angle will lead to the error of 0.0066 掳/ h, the error of 0.0123 掳/ h and the instability of the scale factor of 0.1ppm. This misalignment error will also lead to the initial alignment error of more than 1 angle and the exponential increase of navigation and positioning error over time in the optical fiber inertial system. Therefore, in order to improve the precision of fiber optic gyroscope, it is necessary to study the error mechanism of gyroscope misalignment and find effective technical solutions. Firstly, the paper theoretically deduces the causes of the error caused by the helically wound optical fiber loop. The analysis shows that the ideal symmetrical winding method can not produce the misalignment angle, and many technological problems are the main causes of the misalignment angle. Reasonable technical measures are beneficial to reduce the misalignment angle of gyroscope in the process of development and production. Temperature, stress release, vibration are the common environmental factors in the application of fiber optic gyroscope (fog) at present. Long-term irradiation will cause uncompensated misalignment (that is, misalignment error). Although short-term irradiation and magnetic field will have a great effect on zero bias and scaling factor, they will not produce misalignment error in the normal range of fog. Secondly, the paper analyzes gyroscope misalignment angle error to zero offset drift test, multi-position zero bias test (used to measure the repeatability of gyroscope bias in different space), scale factor stability, initial alignment, The action mechanism and effect result of the performance index such as navigation and positioning. The analysis shows that the misalignment angle of the input axis and its error will not only seriously affect the navigation accuracy, but also have a great impact on the other performance indexes of the high-precision fiber optic gyroscope. Finally, the paper studies the error suppression of misalignment angle and misalignment angle. In this paper, based on the existing techniques, a compensation method for the temperature error of misalignment angle is proposed. The physical meaning, method error and accurate modeling of the compensation method are deeply studied, and the validity and practicability of the compensation method are proved by experiments. However, the compensation method requires the angular velocity information of three orthogonal axes as the compensation input, so it is not suitable for single-axis fiber optic gyroscopes with independent application. In this paper, a method of compensating the misalignment angle of uniaxial gyroscope by tilting the tail fiber is proposed for the uniaxial rate gyroscope which is used independently. The feasibility of the compensation method is not only proved in the research process, but also the possible problems are analyzed in combination with the engineering practice. In view of the fact that there are still many technical problems to be considered in the realization of the compensation method, the theoretical derivation is only carried out in this paper. In this paper, it is shown that the research on the misalignment angle of gyroscope can not only effectively improve our understanding of the mechanism and error influence of the misalignment angle, but also effectively restrain the misalignment angle and its error of the gyroscope. Improve the application accuracy of high precision fiber optic gyroscope and inertial unit.
【学位授予单位】:中国航天科技集团公司第一研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN96

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 潘欣;刘军;吴琛;肖程;;扭转抑制光纤陀螺法拉第效应的理论研究[J];光学仪器;2016年06期

2 马亚平;魏国;周庆东;;改进的IMU传感器安装误差正交补偿方法[J];传感器与微系统;2016年09期

3 黄云柯;李强;胡梦纯;徐挺;白洁雁;;光纤捷联惯性测量组合热设计及温度控制技术[J];上海航天;2016年S1期

4 李巧燕;;应用于光纤陀螺的磁屏蔽设计研究[J];科技与创新;2015年07期

5 刘军;肖程;潘欣;殷建玲;鲁军;;抑制光纤陀螺径向磁敏感性研究[J];中国激光;2015年03期

6 冯卡力;李安;覃方君;;基于多模型分段拟合的光纤陀螺温度误差补偿方法[J];中国惯性技术学报;2014年06期

7 刘云;;基于双MSP430芯片的光纤陀螺精密温控系统设计[J];科技广场;2014年11期

8 许辰希;吴刚;石春;秦琳琳;岳大志;王超;;光纤陀螺温度误差模型研究[J];光学技术;2014年06期

9 徐宏杰;张文艳;徐小斌;宋凝芳;胡永康;;双光程光纤陀螺偏振误差模型与仿真[J];光学学报;2014年10期

10 阳明晔;宋章启;张学亮;陈宇中;;光纤陀螺输入轴失准角的温度特性[J];国防科技大学学报;2014年03期

相关博士学位论文 前7条

1 张红晨;石英保偏光纤在辐照环境下性能退化规律与机理[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 曹通;光纤陀螺捷联惯导系统在线对准及标定技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

3 陈世同;高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

4 谷宏强;光纤陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究[D];南京理工大学;2009年

5 李东明;捷联式惯导系统初始对准方法研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

6 张志君;基于光纤陀螺的寻北定向技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年

7 杨艳娟;捷联惯性导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年

相关硕士学位论文 前10条

1 郭港;光纤陀螺随机误差辨识及信号处理技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2016年

2 王超;光纤陀螺随机漂移的建模、分析和补偿[D];中国科学技术大学;2015年

3 曹辉;数字闭环光纤陀螺温度控制与补偿的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2013年

4 周成;速率偏频激光陀螺寻北系统温度误差补偿方法研究[D];国防科学技术大学;2012年

5 王sピ,

本文编号:2262684


资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/2262684.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户2a9e5***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com