捷联惯导系统误差抑制技术的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:knight282
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光纤陀螺惯性导航系统(Fiber Optical GyroscopeInertialNavigation System,FINS)的发展不仅依赖于高精度的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU),还依赖于有效的系统误差抑制技术。旋转调制技术是抑制系统误差的有效措施之一,它可以把随时间发散的系统误差调制成周期振荡的形式。本文利用教研室自研的光纤陀螺(Fiber Optical Gyroscope,FOG)组成的FINS研究器件误差的旋转调制技术。论文的主要工作包括以下方面:  首先,分析了惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)器件误差的传播特性,在IMU系下对FOG和加速度计的敏感值和输出值建立数学模型。结合FINS的误差传播方程,定量地分析了惯性器件的常值误差、标度因数误差和安装误差对系统定位误差的影响。系统中无转位机构时,定位误差随时间持续累积,因此旋转调制技术是提高FINS定位精度的关键。  其次,研究了双轴旋转调制型惯性导航系统的转动方案,讨论了载体角运动对系统调制效果的影响。从旋转调制型FINS的姿态误差和速度误差方程入手,总结系统中“残余误差”的分布和抵消规律,获得双轴转动方案的设计原则。本文设计了一种新的双轴转动方案,并对比分析了新方案和原方案对各器件误差的调制效果,从而验证方案设计原则的正确性。此外,文中分析了载体姿态运动对系统调制效果的影响,并通过转轴系与虚拟转轴系之间的角度关系实时地隔离载体姿态运动。  再次,研究了高精度光纤陀螺导航系统三轴连续旋转调制方案和关键技术。结合目前应用于战略核潜艇中的静电陀螺惯性导航系统和FOG各自的特点,研究可替代静电陀螺惯性导航系统的三轴连续旋转调制型FINS。对IMU和转轴的空间关系建立数学模型,设计系统的三轴转动方案,并利用惯性测量元件各项误差的频域特性分析方案的调制效果。本文指出了在三轴连续旋转调制型FINS中,需要忽略载体姿态运动,将方位转轴稳定在地理系的U向,并利用系统内部滤波提高FINS的精度。  最后,主要介绍了旋转调制型FINS的仿真和实验结果,包括:两种双轴旋转方案在隔离载体姿态运动情况下仿真的结果、两种方案在多种载体姿态运动影响下仿真的结果、三轴连续旋转方案在理论条件下仿真的结果和多组实验室FINS双轴导航实验的结果。通过仿真和实验,验证理论分析的正确性,为原理样机系统的开发做准备。
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