基于线振动的陀螺仪二次项误差测试方法

发布时间：2020-03-30 20:02

【摘要】：惯性导航因具有自主性强、隐蔽性好、无环境限制的优点而在军事领域有着重要的地位。对于惯性制导的中远程弹道导弹,一般说来其命中精度很大程度上取决于惯性系统的精度,而惯性系统的精度在很大程度上取决于惯性仪表(陀螺仪和加速度计)的精度。由于工艺、材料、电子技术的限制,从仪表本身来提高其绝对精度难度很大,且无论采用什么技术,都不可能完全消除惯性仪表的误差,因此研究惯性仪表的测试技术成为提高其精度的一个重要方面,可以说惯性仪表的精度与测试技术息息相关。我国开展惯性仪表的测试研究时间较晚,尤其是对非线性误差项和动态误差项的的研究不够深入,使得导航系统没能伴随着速度、加速度、振动的综合环境变化而给出相应变化,制约了惯性测量系统使用精度的提高,因此急需开展相应测试方法的深入研究。针对目前国内对惯性仪表测试技术的研究不够充分的现状,本文深入研究了陀螺仪非线性误差二次项系数的振动测试方法。机械误差和控制误差的存在使得振动台的输出误差不可避免,为减轻测试设备(振动台)的输出误差对被测对象(陀螺仪)的测试精度的不良影响,本文基于对振动台机械结构和实测数据的分析建立了振动台输出误差模型,利用建立的输出误差模型分析振动台误差对陀螺仪测试的影响,为提高测试精度提出了对振动台误差的补偿方法。误差补偿方法能显著提高陀螺仪的测试精度,但由于目前设备条件的限制,无法实现对所有误差的测量并补偿。为了在目前有限的条件下尽可能提高陀螺仪测试精度,本文提出了基于非线性参数模型的陀螺仪非线性系数与振动台输出误差同步估计、优化算法,该方法能在现有条件下实现对陀螺仪测试精度的显著提高,具有重要的实际意义和实践价值。论文的主要内容和研究成果如下:基于对振动台理想输出条件下的陀螺仪二次项系数测试方法进行了研究分析,通过对测试设备、被测对象、测试方法的了解与探索,深入研究了线振动条件下陀螺仪非线性误差二次项系数的测试方法,包括有非瞬时采样的整周期积分平均法以及瞬时采样方法的谐波分析法和最小二乘最大似然估计法,给出了这三种方法的详细测试流程,最后通过数据仿真对三种测试方法进行验证,给出了三种测试方法的优缺点和实际应用中的选择条件。通过对振动台各误差源的分析,建立了振动台输出误差与内部误差源之间关系的输出误差机理模型。由于部分误差源在测量上存在困难,又通过对振动台输出误差机理模型的分析归纳,经由实测数据验证,得到振动台输出误差的数学模型,该数学模型被用于分析振动台输出误差对陀螺仪测试方法的影响。以振动台输出加速度误差模型和输出角速度误差模型为基础,研究振动台误差对陀螺仪测试方法的影响,并求得陀螺仪非线性误差的改良补偿估计算法。该补偿方法能有效提高测试结果的精度,减小误差带来的不良影响。受设备条件限制,对振动台误差进行全补偿在目前的工程实践情况下无法实现,为了在现有条件下尽可能提高对陀螺仪的测试精度,建立受振动台误差影响下的陀螺仪输出非线性参数模型,并采用最小二乘迭代的同步估计优化方法,即同时对待测参数和未测量误差的估计值进行迭代寻优。仿真结果显示,非线性参数模型法显著提高了陀螺仪非线性误差的估计精度。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ765.3

【相似文献】