恒速偏頻激光陀螺尋北系統(tǒng)精度與快速性影響因素與機理研究.pdf

1、傳統(tǒng)擺式陀螺尋北儀一般只能在完全靜止狀態(tài)下使用，雖然可達到數(shù)角秒的精度，但抗擾動性較差，且尋北時間較長。近年來，高精度激光陀螺和高精度石英撓性加速度計的研制不斷取得進展。因而，高精度自主式捷聯(lián)式尋北系統(tǒng)正越來越成為慣性技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。
　　提高尋北精度、縮短反應(yīng)時間是尋北系統(tǒng)研制過程中的核心任務(wù)。為了滿足高精度快速尋北需求，本論文重點研究了陀螺隨機誤差、IMU旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案、系統(tǒng)參數(shù)誤差和典型環(huán)境對連續(xù)旋轉(zhuǎn)式尋北系統(tǒng)的尋北精度與

2、快速性的影響機理，針對相應(yīng)的實際工程應(yīng)用問題進行了詳細分析，通過仿真與實際測試驗證了所提出的各種算法的有效性。
　　論文的主要研究工作和研究成果總結(jié)如下：
　　1.提出采用快速正交搜索算法分離陀螺測量輸出中恒速偏頻轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)、系統(tǒng)中周期性信號干擾等影響因素，并通過陀螺隨機誤差序列求差消除了偏頻轉(zhuǎn)臺隨機誤差的影響，提取出陀螺隨機噪聲誤差序列，通過提高陀螺隨機噪聲誤差的采樣頻率，有效地測定了恒速偏頻激光陀螺的平均角隨機游走誤差系

3、數(shù)，驗證了恒速偏頻激光陀螺相對于抖動偏頻激光陀螺角隨機游走誤差較小的優(yōu)勢，為尋北系統(tǒng)綜合設(shè)計和器件遴選奠定了基礎(chǔ)。
　　2.提出采用隨機線性系統(tǒng)理論的解析分析方法，建立了尋北系統(tǒng)靜基座對準Kalman濾波器模型，采用隨機可控制性能夠定量分析轉(zhuǎn)臺恒速轉(zhuǎn)動情況下陀螺隨機噪聲誤差對系統(tǒng)濾波狀態(tài)估計精度的影響，采用基于隨機可觀測性的可觀測度解析方法能夠定量分析速度觀測噪聲、角速率觀測噪聲和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速等對系統(tǒng)濾波狀態(tài)收斂快速性的影響。通過定量

4、分析噪聲統(tǒng)計特性對方位連續(xù)旋轉(zhuǎn)式尋北系統(tǒng)濾波狀態(tài)的收斂速度和精度的影響，并利用單軸恒速偏頻激光陀螺尋北系統(tǒng)原理樣機進行實際測試，揭示了恒速偏頻激光陀螺相對于抖動偏頻激光陀螺尋北精度高的機理。
　　3.提出基于擴張線性測量的觀測模型對傳統(tǒng)靜基座對準Kalman濾波器模型進行改進，通過分析方位連續(xù)旋轉(zhuǎn)式尋北系統(tǒng)中IMU測量輸出的誤差特性，得到尋北系統(tǒng)濾波狀態(tài)的線性等價約束測量信息，從而提高了方位角收斂的精度和快速性。靜基座單位置實驗結(jié)

5、果表明，對準時間為600 s時，采用傳統(tǒng)濾波模型尋北精度為24.83″(1σ)，而采用改進濾波模型尋北精度能夠達到6.78″(1σ)。
　　4.提出將主要系統(tǒng)參數(shù)誤差對航向敏感誤差的作用量進行整體標定，分析了航向敏感誤差產(chǎn)生的機理，在不需外部基準和拆卸設(shè)備的情況下，采用最小二乘算法對航向敏感誤差進行了有效的在線補償。靜基座多位置實驗結(jié)果表明，在不需要系統(tǒng)完全調(diào)平（<3o）的情況下，采用改進濾波模型、對準時間為600 s時，未補償航