激光捷联惯导系统中激光陀螺温度补偿技术研究

发布时间：2017-07-08 13:11

  本文关键词：激光捷联惯导系统中激光陀螺温度补偿技术研究

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【摘要】：激光陀螺是一种基于Sagnac效应的光学传感器,以其诸多优点成为新一代捷联惯导系统的理想器件,在航空、航海、陆地导航、定位定向、运载火箭、导弹等方面得到了广泛运用。激光陀螺捷联惯导系统工作环境复杂,如何在恶劣温度环境下提供精确、稳定的位置、姿态信息是捷联惯导系统研究所面临的艰难挑战。在激光捷联惯导系统正常工作时,零偏误差是激光陀螺三大误差之一,其特点具有随机性和不稳定性,温度变化对激光陀螺的影响是激光陀螺产生零偏误差的主要因素。因此当激光陀螺要运用在高精度场合时,为了获得更高的稳定性,必须采取零偏温度误差补偿措施,降低零偏误差对激光陀螺捷联惯导系统导航精度的影响。温度变化对陀螺的影响是一个综合过程,在激光捷联惯导系统工作时,系统内部温度场复杂,温度对系统各个部件影响有差异,增加了系统温度误差建模与补偿的难度。因此首先借助有限元分析软件建立单陀螺及激光捷联惯导系统的温度场模型,分析了单陀螺在稳态及变化的环境温度下的温度场分布规律,并对其结构热变形进行了仿真。随后对激光捷联惯性组件进行温度场仿真,得出稳态环境下组件的温度场分布规律,并对系统中的陀螺温度场进行分析。温度场仿真分析可以为后续的温度补偿工作提供参考。为辨识陀螺零偏温度误差模型,进行了单陀螺的高低温实验,首先在不同恒定温度点下测试陀螺的输出得到稳态温度补偿模型,随后进行了不同变温速率下的变温实验,在大量实验基础上,借助了相关分析、回归分析等方法,重点研究了激光陀螺零偏温度补偿模型的温度补偿点的配置、多温度点的补偿效果、温度补偿模型的稳定性、温度补偿模型的环境适应性,对这些问题结合工程实际均给出了结论。激光陀螺最终还要状态捷联惯性组件中使用,温度的变化会引起结构的热变形从而引起安装误差的变化,最后通过捷联惯导系统标定技术获得系统安装误差与温度之间的关系并建立陀螺安装误差的温度模型。通过陀螺补偿模型及陀螺安装误差补偿模型补偿前后导航实验表明,温度补偿能够提高导航精度。文中所建立的温度补偿模型能够提高激光陀螺的精度,满足工程需要。数学模型补偿值的取得方法简便,通过陀螺的温度实验就能建立起该补偿模型,几乎不需要硬件投入,在陀螺使用过程中,只要将数学补偿模型固化在软件中,通过零偏测量值减去零偏补偿值就能提高陀螺的使用精度,具有很强的工程实用性。
【关键词】：激光陀螺 温度场仿真 温度补偿 温度误差模型
【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】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 1 绪论6-11
• 1.1 论文研究的背景、意义及课题来源6
• 1.1.1 课题来源6
• 1.1.2 论文研究的背景意义6
• 1.2 激光陀螺温度补偿国内外研究现状6-10
• 1.3 论文的主要内容和结构安排10-11
• 2 激光陀螺温度特性分析11-19
• 2.1 激光陀螺工作原理11-12
• 2.2 温度对激光陀螺输出影响分析12-17
• 2.2.1 温度对稳频机构的影响13-15
• 2.2.2 温度对抖动机构的影响15
• 2.2.3 温度对光学机构的影响15-16
• 2.2.4 温度对物理特性的影响16-17
• 2.2.5 温度对结构的影响17
• 2.3 本章小结17-19
• 3 温度场仿真分析19-43
• 3.1 单陀螺温度场仿真19-33
• 3.1.1 有限元法求解温度场原理19-20
• 3.1.2 某型激光陀螺结构特点及温度特性20
• 3.1.3 激光陀螺温度场的有限元模型的建立20-26
• 3.1.4 温度对单陀螺结构的影响26-30
• 3.1.5 瞬态温度场仿真30-33
• 3.1.6 温度补偿模型测温点配置33
• 3.2 系统温度场仿真33-42
• 3.2.2 温度场仿真模型的建立34
• 3.2.3 仿真结果分析34-39
• 3.2.5 系统热变形分析39-42
• 3.3 本章小结42-43
• 4 激光陀螺温度补偿模型实验研究43-62
• 4.1 激光陀螺温度特性测试实验43-50
• 4.1.1 实验设备43-44
• 4.1.2 激光陀螺恒温实验44-46
• 4.1.3 激光陀螺变温试验46-50
• 4.2 激光陀螺温度补偿模型的建立50-57
• 4.2.1 激光陀螺单温度点动态温度补偿模型50
• 4.2.2 变温环境下静态温度补偿模型的建立50-51
• 4.2.3 变温环境下动态温度补偿模型的建立51-54
• 4.2.4 温度实验方案的改进54-57
• 4.3 温度补偿模型温度点的配置方案对比57-60
• 4.3.1 单温度点补偿效果对比57-58
• 4.3.2 两温度点补偿效果对比58-59
• 4.3.3 三温度点补偿效果对比59-60
• 4.4 温度补偿模型效果验证60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 激光陀螺安装误差温度标定62-70
• 5.1 系统中陀螺温度特性分析62-65
• 5.2 激光陀螺温度标定65-67
• 5.2.1 陀螺安装误差的温度标定65-67
• 5.2.2 陀螺常值零偏的温度标定67
• 5.3 导航验证67-69
• 5.3.1 自然升温导航验证67-68
• 5.3.2 系统变温导航验证68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考 文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-78

【参考文献】

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本文编号：534686