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文檔簡介
1、捷聯(lián)慣性航姿系統(tǒng)(SIAHRS)是一種重要的機載導(dǎo)航設(shè)備,由光纖陀螺構(gòu)成的SIAHRS在軍民用領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文圍繞光纖SIAHRS工程應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)展開研究,目的在于充分挖掘和利用慣性傳感器本身的信息,提高SIAHRS的姿態(tài)輸出精度,增強系統(tǒng)的工程實用性。
本文首先針對光纖慣性測量組件(FIMU)輸出信號中的兩類誤差進行處理。一方面,深入研究了FIMU非隨機誤差的標(biāo)定和補償算法,針對常規(guī)速率標(biāo)定算法存在的局
2、限,提出遞推最小二乘自適應(yīng)(ARLS)速率標(biāo)定算法,通過引入自適應(yīng)遺忘因子增強了算法對光纖陀螺溫度特性的適應(yīng)能力,提高了標(biāo)定精度;在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了FIMU誤差標(biāo)定平臺,能夠方便地實現(xiàn)對FIMU誤差模型中全部參數(shù)的有效標(biāo)定。另一方面,深入探討了FIMU隨機誤差的自適應(yīng)消噪算法。對常規(guī)LMS算法進行了兩方面的改進,提出了變步長符號LMS算法,提高了濾波精度和穩(wěn)定性;并進一步提出將遞推最小二乘濾波器應(yīng)用于FIMU消噪中,獲得了更高的濾波精度
3、和收斂速度。
為了提高光纖SIAHRS在高速、高機動環(huán)境下的姿態(tài)計算精度,本文圍繞轉(zhuǎn)動不可交換性誤差的補償算法展開深入研究。針對實際應(yīng)用環(huán)境,建立了雙頻圓錐運動的運動學(xué)模型,推導(dǎo)出了不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動不可交換性誤差的振動條件,具有工程意義。在對Miller的等效旋轉(zhuǎn)矢量優(yōu)化方法深入分析的基礎(chǔ)上,提出了一種新的優(yōu)化思路和方法——參數(shù)解析法,在多種運動環(huán)境下進行驗證,該方法拓寬了傳統(tǒng)思路,適用性較廣。針對光纖陀螺輸出為角速率的情況,建
4、立了角速率輸入下等效旋轉(zhuǎn)矢量的改進算法通式,通過經(jīng)典圓錐運動和規(guī)則進動下的仿真驗證該算法的有效性。
針對某些特殊的軍事場合,無法獲得外傳感器觀測信息,本文研究了僅依靠FIMU本身的信息提高光纖SIAHRS精度的特殊組合導(dǎo)航算法,提出了基于系統(tǒng)運動狀態(tài)自檢驗的內(nèi)阻尼姿態(tài)組合算法。重點研究了系統(tǒng)運動狀態(tài)自檢驗方法,提出三種切實可行的方法,包括加速度計信息檢驗法、狀態(tài)檢驗法和殘差檢驗法。通過理論推導(dǎo)和仿真驗證:第一種方法適用于精
5、度水平較高的FIMU,后兩種檢驗法均不受FIMU精度的限制。將檢驗法集成于內(nèi)阻尼卡爾濾波過程中,能正確控制內(nèi)阻尼姿態(tài)的組合,有效提高了SIAHRS的姿態(tài)精度,具有突出的工程實用價值。
最后,本文設(shè)計實現(xiàn)了光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的原理樣機,將上述重要算法成功應(yīng)用在原理樣機中。通過大量的動靜態(tài)試驗,驗證了硬件的可靠性和算法的有效性。試驗結(jié)果表明,一方面,基于系統(tǒng)運動狀態(tài)自檢驗的內(nèi)阻尼姿態(tài)組合算法具有良好的環(huán)境適應(yīng)性,在機動性不強的情
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