振动环境中激光陀螺惯导系统误差分析与补偿技术研究

论文摘要

现代战争对导弹等武器系统的打击精度和机动性提出了更高的要求,提高弹载惯性导航系统的性能显得非常迫切。目前,激光陀螺捷联惯导系统因其自身的优势,已在很多武器系统中得到应用。但在中远程导弹系统中,受振动环境的影响,其导航精度大幅度降低。本课题对振动环境中激光陀螺捷联惯导系统的误差产生机理和补偿技术开展了一系列研究,旨在研究提高激光陀螺捷联惯导系统精度的方法,使其能够更好的应用在中远程导弹等武器系统中。首先,从惯性导航基本方程和惯性器件误差模型出发,通过仿真分别研究了线振动和角振动环境中系统各器件误差引入的导航误差特性。重点分析了线振动环境中加速度计交叉耦合项误差引入的导航误差,同时也对角振动所引入的导航误差进行了分析。其次,分别研究了静基座和线振动环境中激光陀螺捷联惯导系统的频域特性。针对导弹等武器系统对滤波器延时的特殊要求,在数据预处理阶段设计了低阶FIR滤波器+自适应IIR陷波器的滤波参数,在保证滤波效果的同时减小了系统的延时。再次,研究了激光陀螺捷联惯导系统中加速度计的尺寸效应误差,设计了一种易于工程实现的内杆臂参数辨识方法。标定实验证明:该标定方法能够精确的标定出杆臂参数。验证实验表明:在振动环境中对加速度计尺寸效应误差进行补偿后,系统精度明显提高。最后,探讨了振动环境激中激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件的漂移。针对振动环境中惯性器件会产生较大漂移的问题,设计了双位置卡尔曼滤波初始对准测漂方法。一系列振动误差补偿实验表明:系统导航精度提高了35%以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 捷联惯性导航系统概述
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 弹用惯性导航系统的发展
• 1.3.2 误差产生机理及补偿技术
• 1.4 主要工作
• 第二章 振动环境中捷联惯导系统的误差传播特性分析
• 2.1 惯性导航基本关系式
• 2.1.1 常用坐标系
• 2.1.2 捷联姿态表示
• 2.1.3 惯性导航基本方程
• 2.2 激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件的误差模型
• 2.2.1 激光陀螺的误差模型
• 2.2.2 加速度计的非线性误差模型
• 2.3 捷联惯导系统的导航误差方程
• 2.4 振动环境中惯导系统误差特性的研究
• 2.4.1 仿真参数设置
• 2.4.2 线振动环境中系统误差传播特性
• 2.4.3 角振动环境中系统误差传播特性
• 2.4.4 仿真结论
• 2.5 本章小结
• 第三章 振动环境中激光陀螺捷联惯导系统滤波器参数设计与验证
• 3.1 激光陀螺捷联惯导系统的频域特性分析
• 3.1.1 静基座条件下激光陀螺捷联惯导系统的频域分析
• 3.1.2 线振动环境中激光陀螺捷联惯导系统的频域分析
• 3.1.3 捷联惯导系统中激光陀螺抖动解调方法
• 3.2 激光陀螺捷联惯导系统的延时分析
• 3.2.1 FIR滤波器的延时特性
• 3.2.2 自适应IIR陷波器的设计
• 3.3 振动环境中系统数字滤波器参数设计
• 3.3.1 数字滤波器的选择
• 3.3.2 数字滤波器的工程验证
• 3.3.3 结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 振动环境中激光陀螺捷联惯导系统尺寸效应参数的精确标定与补偿
• 4.1 旋转对加速度计的影响
• 4.2 激光陀螺捷联惯导系统的尺寸效应分析
• 4.3 尺寸效应参数标定方法
• 4.3.1 量测方程的建立
• 4.3.2 参数辨识步骤及结果
• 4.4 尺寸效应参数辨识结果验证实验
• 4.4.1 尺寸效应误差补偿模型
• 4.4.2 尺寸效应参数辨识实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 振动环境中激光陀螺捷联惯导系统器件误差的探讨
• 5.1 激光陀螺弯曲误差的探讨
• 5.1.1 器件级弯曲误差
• 5.1.2 系统级弯曲误差
• 5.1.3 激光陀螺弯曲误差仿真
• 5.2 惯性器件振动误差的探索
• 5.2.1 激光陀螺振动误差
• 5.2.2 振动对加速度计零位的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 振动环境中激光陀螺捷联惯导系统的误差补偿实验
• 6.1 振动环境中卡尔曼滤波精对准与器件漂移估计
• 6.1.1 对准与测漂卡尔曼滤波模型
• 6.1.2 振动环境中对准与测漂实验
• 6.2 误差补偿实验
• 6.2.1 系统尺寸效应误差补偿实验
• 6.2.2 系统短时振动附加漂移补偿实验
• 6.2.3 系统长时间振动附加漂移补偿实验
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 未来工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 线振动环境中误差特性曲线
• 附录B 角振动环境中误差特性曲线