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双轴旋转式光纤陀螺捷联惯导系统技术

作　者: 孙骞
导　师: 孙枫
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 双轴旋转式 SINS 全局可观测性分析自标校自补偿
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

惯性器件常值及慢变的误差是影响捷联惯导系统精度的主要因素之一，所以在SINS出厂前均需要对器件误差进行标定。但在惯导系统投入使用之后标定的结果会随时间发生变化，对于高精度SINS，每次启动后都须对惯性器件的误差进行重新标校。旋转式SINS利用转位机构的周期性转位，改变原有器件误差形式，将常值及慢变的器件误差调制成周期性、零均值形式，消除其对SINS的影响。可以在不提高原有惯性器件精度的条件下，提高SINS的精度。本课题主要对旋转式SINS的自标校技术和自补偿技术进行研究。论文具体的工作包括：（1）对目前常用的可观测性分析方法进行了简述，分析了基于PWCS分析方法在理论上的不严谨及其产生的原因，并介绍了一种较优的分析方法——全局可观测性分析法。利用该方法，深入分析了静止、绕IMU敏感轴旋转轴匀速转动、变速转动等运动形式与旋转式SINS的可观测性之间的关系，设计出旋转式SINS自标校转位原则。（2）根据提出的旋转式SINS自标校转位方案原则设计出了一种自标校方案——双轴8位置转位方案，并建立了Kalman滤波的状态方程及量测方程，为验证各转位方案效果提供保证，利用Kalman滤波方法对该转位方案进行了仿真。（3）在旋转式SINS器件误差自补偿原理基础上，分析并总结出了自补偿技术旋转方案的设计原则，重点分析了转位过程中角加速度对定位精度的影响，并给出了最优的角速度和角加速度。利用上述所分析的结果，并借鉴前人对旋转调制技术的研究成果，设计出了两套双轴16次序转位方案，并分别对这两种方案进行了仿真。（4）利用实验室自研的光纤陀螺SINS和三轴惯性测试转台搭建了双轴旋转式SINS原理样机。分别进行了双轴8位置转位方案及16次序导航方案试验，对试验结果进行了离线分析。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 SINS 的发展现状  10-13
    1.1.1 激光陀螺 SINS 发展现状  11
    1.1.2 光纤陀螺 SINS 发展现状  11-13
  1.2 旋转式 SINS 发展现状  13-14
  1.3 SINS 可观测性研究发展现状  14-15
  1.4 课题的研究内容及安排  15-16
第2章旋转式 SINS 初始对准与自标校可观测性分析方法研究  16-40
  2.1 可观测性分析及常用方法介绍  16-17
  2.2 全局可观测性分析方法  17-18
  2.3 静态单位置条件下 SINS 可观测性分析  18-20
    2.3.1 仅考虑常值偏差的系统可观测性分析  18-19
    2.3.2 仅考虑刻度因数误差的系统可观测性分析  19-20
  2.4 静态多位置条件下 SINS 可观测性分析  20-25
    2.4.1 仅考虑常值偏差的系统可观测性分析  21-23
    2.4.2 仅考虑刻度因数误差的系统可观测性分析  23-25
  2.5 转动条件下 SINS 可观测性分析  25-39
    2.5.1 仅考虑常值偏差的系统可观测性分析  26-32
    2.5.2 仅考虑刻度因数误差的系统可观测性分析  32-39
  2.6 本章小结  39-40
第3章旋转式 SINS 的初始对准与自标校技术研究  40-54
  3.1 基于双轴旋转式 SINS 的自标校方案设计  40-42
    3.1.1 双轴 4 位置旋转方案的设计  40-41
    3.1.2 双轴 6 位置旋转方案的设计  41
    3.1.3 双轴 8 位置旋转方案的设计  41-42
  3.2 SINS 的数学模型与 Kalman 滤波方法  42-47
    3.2.1 速度误差方程  43-44
    3.2.2 位置误差方程  44
    3.2.3 姿态误差方程  44-45
    3.2.4 Kalman 滤波模型  45-47
  3.3 仿真结果与分析  47-53
    3.3.1 失准角误差估计与分析  48
    3.3.2 常值陀螺漂移估计与分析  48
    3.3.3 加速度计零偏估计与分析  48-49
    3.3.4 刻度因数误差估计与分析  49-51
    3.3.5 转位误差对标校精度的影响  51-53
  3.4 本章小结  53-54
第4章旋转式 SINS 误差抑制原理与方案设计  54-72
  4.1 SINS 误差抑制原理分析  54-57
  4.2 转位方案设计原则分析  57-66
    4.2.1 关于转停时间选择的要求  57-59
    4.2.2 关于转动方向选择的要求  59-60
    4.2.3 角加速度对旋转式 SINS 定位精度的影响  60-66
  4.3 双轴旋转式 SINS 误差抑制方案设计  66-69
  4.4 双轴旋转式 SINS 误差抑制方案仿真与分析  69-71
  4.5 本章小结  71-72
第5章双轴旋转式 SINS 原理样机的建立与试验  72-80
  5.1 双轴旋转式 SINS 原理样机的建立  72-74
    5.1.1 自研光纤陀螺 SINS 介绍  72-73
    5.1.2 转位机构介绍  73-74
  5.2 双轴旋转式 SINS 自标校试验及分析  74-77
    5.2.1 双轴旋转式 SINS 自标校试验方案设计  74-75
    5.2.2 双轴旋转式 SINS 自标校试验结果及分析  75-77
  5.3 双轴旋转式 SINS 的导航试验及分析  77-79
    5.3.1 双轴旋转式 SINS 导航试验方案设计  77-78
    5.3.2 双轴旋转式 SINS 导航试验结果及分析  78-79
  5.4 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-85
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  85-86
致谢  86

双轴旋转式光纤陀螺捷联惯导系统技术

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