光纖捷聯航姿系統(tǒng)信號處理與姿態(tài)算法研究.pdf

1、捷聯慣性航姿系統(tǒng)（SIAHRS）是一種重要的機載導航設備，由光纖陀螺構成的SIAHRS在軍民用領域得到了越來越廣泛的應用。本文圍繞光纖SIAHRS工程應用的關鍵技術展開研究，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非隨機誤差的標定和補償算法，針對常規(guī)速率標定算法存在的局

2、限，提出遞推最小二乘自適應（ARLS）速率標定算法，通過引入自適應遺忘因子增強了算法對光纖陀螺溫度特性的適應能力，提高了標定精度；在此基礎上，開發(fā)了FIMU誤差標定平臺，能夠方便地實現對FIMU誤差模型中全部參數的有效標定。另一方面，深入探討了FIMU隨機誤差的自適應消噪算法。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，本文圍繞轉動不可交換性誤差的補償算法展開深入研究。針對實際應用環(huán)境，建立了雙頻圓錐運動的運動學模型，推導出了不產生轉動不可交換性誤差的振動條件，具有工程意義。在對Miller的等效旋轉矢量優(yōu)化方法深入分析的基礎上，提出了一種新的優(yōu)化思路和方法——參數解析法，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矢量的改進算法通式，通過經典圓錐運動和規(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精度的特殊組合導航算法，提出了基于系統(tǒng)運動狀態(tài)自檢驗的內阻尼姿態(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。將檢驗法集成于內阻尼卡爾濾波過程中，能正確控制內阻尼姿態(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，本文設計實現了光纖捷聯航姿系統(tǒng)的原理樣機，將上述重要算法成功應用在原理樣機中。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。試驗結果表明，一方面，基于系統(tǒng)運動狀態(tài)自檢驗的內阻尼姿態(tài)組合算法具有良好的環(huán)境適應性，在機動性不強的情