【摘要】：為滿足現(xiàn)代艦艇長(zhǎng)航時(shí)高精度導(dǎo)航定位的需求,國(guó)內(nèi)外對(duì)旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)開(kāi)展了廣泛研究,在現(xiàn)有的慣性器件水平下,旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)的引入大幅度提高了慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度,進(jìn)而使得旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)在各類艦艇上得到了廣泛應(yīng)用。為了保證可靠性,艦艇一般搭載多套、多類型的慣導(dǎo)系統(tǒng),如靜電陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)、平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)、光纖陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)、單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)、雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)等。冗余配置情況下,一般將一套系統(tǒng)作為主慣導(dǎo)系統(tǒng),其余的系統(tǒng)作為熱備份系統(tǒng),系統(tǒng)之間缺少信息融合。近年來(lái),研究人員嘗試多套慣導(dǎo)組合應(yīng)用,通過(guò)信息融合的手段以期提高慣組的整體可靠性和導(dǎo)航精度,存在的問(wèn)題是,尚沒(méi)有有效的信息融合方法和模型對(duì)慣導(dǎo)信息進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合處理。針對(duì)此問(wèn)題,本文主要完成了以下工作:1.提出了一種新的基于聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制的多慣導(dǎo)系統(tǒng)聯(lián)合參數(shù)估計(jì)濾波算法,以多套慣導(dǎo)系統(tǒng)兩兩之間姿態(tài)、速度、位置誤差之差為濾波狀態(tài),以慣導(dǎo)系統(tǒng)兩兩之間的速度、位置誤差之差為觀測(cè)量(或只采用位置差為觀測(cè)量),在慣導(dǎo)系統(tǒng)之間的誤差特性呈現(xiàn)局部差異性或互補(bǔ)性條件下,可估計(jì)出慣導(dǎo)系統(tǒng)的部分(或全部)陀螺漂移、加速度計(jì)零偏;一方面可根據(jù)估計(jì)出的陀螺漂移、加速度計(jì)零偏監(jiān)控慣導(dǎo)系統(tǒng)的工作狀態(tài),另一方面通過(guò)輸出校正的方式,可一定程度上補(bǔ)償相應(yīng)的陀螺漂移、加速度計(jì)零偏造成的誤差的影響,在保證冗余系統(tǒng)整體可靠性的條件下,提高導(dǎo)航參數(shù)的精度。2.提出了基于格網(wǎng)坐標(biāo)系的多慣導(dǎo)系統(tǒng)協(xié)同定位方法,針對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)在高緯度(極區(qū))地區(qū)的應(yīng)用問(wèn)題,重新設(shè)計(jì)了聯(lián)合誤差狀態(tài)Kalman濾波器,同時(shí)建立了聯(lián)合誤差狀態(tài)Kalman濾波器在當(dāng)?shù)厮降乩碜鴺?biāo)系與格網(wǎng)坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系,使得多慣導(dǎo)協(xié)同定位方法具有了全球適用性,避免了極區(qū)子午線匯聚帶來(lái)的經(jīng)度及真北方位的計(jì)算問(wèn)題。3.提出了聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)相對(duì)性能在線評(píng)估方法,一套單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)與待評(píng)估的各雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)分別構(gòu)建聯(lián)合誤差狀態(tài)Kalman濾波器,以不同濾波器估計(jì)得到的單軸系統(tǒng)方位陀螺漂移估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差大小為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)各雙軸系統(tǒng)隨機(jī)誤差的大小進(jìn)行在線評(píng)估。半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)及實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)多套雙軸系統(tǒng)激光陀螺組件的隨機(jī)誤差相對(duì)差異大于等于總隨機(jī)誤差的10%時(shí),可通過(guò)評(píng)估算法區(qū)分出精度更高的系統(tǒng)。4.提出了基于聯(lián)合旋轉(zhuǎn)調(diào)制的傳遞對(duì)準(zhǔn)方法,針對(duì)雙單軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制激光陀螺航海慣導(dǎo)系統(tǒng)冗余配置的情況,設(shè)計(jì)了聯(lián)合狀態(tài)狀態(tài)Kalman濾波器,對(duì)水平方向慣性器件的常值零偏進(jìn)行估計(jì),補(bǔ)償速度輸出中的舒勒振蕩誤差和鋸齒狀速度誤差,并通過(guò)單軸系統(tǒng)輔助子慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)的應(yīng)用驗(yàn)證了速度補(bǔ)償?shù)男Ч?.建立了激光陀螺的動(dòng)力學(xué)模型,詳細(xì)分析了激光陀螺g敏感性誤差的機(jī)理,得到了激光陀螺的g敏感性等效安裝誤差模型;當(dāng)存在角速度時(shí),激光陀螺組件的g敏感性等效安裝誤差將會(huì)造成等效陀螺漂移;利用線振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生線振動(dòng)與角振動(dòng)并存的環(huán)境以激勵(lì)g敏感性誤差的影響,在此環(huán)境下利用優(yōu)化的誤差參數(shù)觀測(cè)方案對(duì)激光陀螺的g敏感性誤差參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,并對(duì)g敏感性誤差補(bǔ)償效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。補(bǔ)償激光陀螺的g敏感性誤差對(duì)于艦載、艇載慣導(dǎo)系統(tǒng)在力學(xué)環(huán)境下精度的提升具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U674.703.4;TN96
【圖文】：

誤差造成的等效陀螺漂移進(jìn)行了分析。5.1.1 激光陀螺的動(dòng)力學(xué)模型如圖5.1所示，X陀螺、Y陀螺、Z陀螺分別通過(guò)抖輪安裝在慣性測(cè)量單元(IMU)的基座上。第 i 個(gè)激光陀螺的體坐標(biāo)系ig ( i x, y ,z)的坐標(biāo)軸分別為ixg 、iyg 、izg ，其中iig 軸沿第 i 個(gè)激光陀螺的抖動(dòng)軸，ijg ( j x, y , z; j i)軸垂直于 軸，且沿第i 個(gè)激光陀螺的側(cè)向(激光陀螺腔體的陽(yáng)極、陰極方向)。IMU 的體坐標(biāo)系各軸分別

圖 5.2 激光陀螺組件 g 敏感性失準(zhǔn)角示意圖示，簡(jiǎn)單的幾何運(yùn)算就可以得到激光陀螺組件陀螺漂移，如下所示：δ δb b b bib ib ib ib conω ω ω Kω ω 010 , δ20xz xy xz xy xy xzyz yx con yz yx yx yzy zx zy zx zx zyθ θ θ θ θ θθ θ θ θ θ θθ θ θ θ θ θ ω 示等效陀螺漂移，bibω 表示 IMU 敏感到的角速 g 敏感性等效安裝誤差，并且式(5.12)滿足小bibKω 項(xiàng)是直觀的，但是 δconω 這一項(xiàng)看起來(lái)不是振動(dòng)環(huán)境下每個(gè)激光陀螺相對(duì)其安裝基座的偽忽略。我們以 X 陀螺為例進(jìn)行說(shuō)明：， [ ]Tx xx xy xzθ θ θ θ代表了坐標(biāo)系xb 相對(duì)于T

國(guó)防科技大學(xué)研究生院博士學(xué)位論文0 0 01 1 11212223 2x y zx y zTa a aaTa a ak k kT Tk k k T T fkf)、(5.44)即可得到bibω 、bf ，進(jìn)而可對(duì)激光陀螺組螺漂移進(jìn)行補(bǔ)償。以上基于雙子樣算法對(duì)角速度地，可進(jìn)行三子樣、四子樣或更高子樣的擬合，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)來(lái)標(biāo)定激光陀螺組件的 g 敏感性誤差參數(shù)，零偏穩(wěn)定性優(yōu)于 0.003deg/h(1σ)，加速度計(jì)的利用實(shí)驗(yàn)室的高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定激光陀螺組件度因數(shù)和零偏，此外，還需要對(duì)加速度計(jì)組件的

本文編號(hào)：2792402