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光纤陀螺组合标定及误差补偿技术研究

作　者: 孙宁博
导　师: 史震
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 光纤陀螺标定 Allan方差小波滤波自适应滤波
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 47次
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内容摘要

光纤陀螺惯性设备是最近十几年才慢慢发展、研究并不断成熟的一种较新的惯性导航系统。此类惯性导航系统相对于传统的导航系统有着成本低、较好的线性度、无转动部件以及易于批量生产等等诸多优势。由于世界各国军事装备现代化的快速发展以及未来民用市场广阔的应用前景的需要，这种导航系统获得快速的的发展。在光纤陀螺组合技术中，在一定工艺的条件下做出的设备，真正的使用之前必须进行标定实验，得到标度因数、安装误差等等一系列数据；而想要进一步提高导航精度，提高工艺再制作设备的成本很大，相反通过一定标定方法以及误差补偿方法上的提高则会较好的降低成本。本文针对实验室购买光纤惯组，首先是分别建立了五项的陀螺仪的数学模型和七项的加速度计误差数学模型，并且在三轴转台上分别对于陀螺误差模型设计了速率实验以及主要针对加速度模型设计了位置实验，并对于位置试验中易引起位置误差设计了零位实验；利用串口采集到的数据加以计算，并利用最小二乘方法解算出各个模型当中的误差系数。以上给出的是惯性组合的确定性误差项，而对于不确定的误差项，一般主要是指漂移和零偏不稳定性，本文采用了的Allan方差方法来对陀螺组合输出数据进行较为系统的分析，得出了三个陀螺仪和三个加速度计的五个随机误差项：零偏不稳定性、角度随机游走、量化误差、速率斜坡以及速率随机游走。本文针对所存在的大量的随机误差，运用小波变换的方法来进行滤波处理。在处理过程中，首先是做了详细的分析来确定小波基，然后同样通过对比来选择确定阈值大小方法、阈值方式以及分解尺度，然后，在此基础上对信号进行滤波处理；最后，针对普通小波滤波的不足提出了将平稳小波方法应用在滤波处理过程，并得到了优于普通小波滤波的结果。除了运用小波方法进行滤波外，还提出用自适应滤波方法处理陀螺组合输出信号。首先是采用标准的LMS方法，得到了较好的效果，但是针对该种方法收敛速度受限，又将归一化的LMS方法应用在信号滤波中，最后，针对滤波收敛时间较小和稳定精度较小之间不能同时兼得这一矛盾，对LMS方法进行改进，提出一种改进的变步长LMS方法，通过滤波后的数据对其经行Allan方差分析后，显示此中方法的有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景及意义  10
  1.2 光纤陀螺组合研究发展的过程  10-13
    1.2.1 惯性技术简介  10-11
    1.2.2 光纤陀螺发展现状  11-13
  1.3 陀螺组合标定及误差补偿研究现状  13-15
  1.4 论文的主要内容  15-17
第2章光纤陀螺组合标定  17-29
  2.1 引言  17-18
  2.2 IMU700CB-200 性能指标  18
  2.3 惯性组合误差数学模型研究  18-19
  2.4 光纤陀螺仪组合标定方法研究  19-28
    2.4.1 速率实验  20-22
    2.4.2 位置实验  22-25
    2.4.3 零位实验  25-27
    2.4.4 误差的补偿方法  27
    2.4.5 标定试验结果  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章光纤陀螺随机误差分析  29-38
  3.1 引言  29
  3.2 Allan 方差的基本原理  29-30
  3.3 各项随机误差的 Allan 方差  30-34
  3.4 针对实验室陀螺仪组合的 Allan 方差实验仿真  34-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章小波方法及其在陀螺随机误差滤波中的应用  38-54
  4.1 引言  38
  4.2 小波变换原理  38-40
  4.3 离散小波变换  40-41
  4.4 小波的多分辨分析和 Mallat 算法  41-43
  4.5 小波滤波方法研究  43-46
    4.5.1 确定小波基  44
    4.5.2 确定阈值方法研究  44-45
    4.5.3 确定阈值方式  45-46
  4.6 平稳小波变换在陀螺信号滤波中的应用  46-47
    4.6.1 平稳小波变换原理  46-47
    4.6.2 平稳小波滤波  47
  4.7 仿真实验部分  47-53
    4.7.1 小波变换滤波方法仿真与分析  47-52
    4.7.2 平稳小波滤波方法仿真与分析  52-53
  4.8 本章小结  53-54
第5章自适应滤波方法及其在陀螺随机误差滤波中的应用  54-63
  5.1 引言  54
  5.2 自适应滤波基本原理  54-56
  5.3 最小均方算法  56-57
  5.4 归一化的 LMS 算法  57-58
  5.5 改进的变步长 LMS 算法  58-59
  5.6 自适应滤波算法在陀螺信号处理中应用仿真实验分析  59-62
  5.7 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果  67-68
致谢  68

光纤陀螺组合标定及误差补偿技术研究

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