【摘要】：慣性?xún)x表是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心元件,它的精度直接影響導(dǎo)航精度。利用改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝的途徑來(lái)提高慣性?xún)x表的精度在實(shí)踐中遇到了制造精度極限的限制。通過(guò)在慣導(dǎo)測(cè)試設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試,標(biāo)定慣性?xún)x表的誤差模型,補(bǔ)償慣性測(cè)試設(shè)備的誤差,在提升慣性?xún)x表標(biāo)定精度的同時(shí)可降低標(biāo)定成本,具有非常重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文將圍繞如何補(bǔ)償和抑制測(cè)試設(shè)備誤差、提高慣性?xún)x表測(cè)試精度展開(kāi)研究。一方面,深入分析測(cè)試設(shè)備所產(chǎn)生的誤差源,闡述測(cè)試設(shè)備誤差與慣性?xún)x表輸出誤差的關(guān)系,建立相關(guān)的標(biāo)定模型,將設(shè)備誤差分離并自動(dòng)補(bǔ)償,降低設(shè)備誤差對(duì)慣性?xún)x表標(biāo)定精度的影響;另一方面,從原理上研究抑制轉(zhuǎn)臺(tái)誤差的慣性?xún)x表標(biāo)定方法,針對(duì)當(dāng)前所存在的問(wèn)題,提出相應(yīng)的解決方案。本文從設(shè)備誤差補(bǔ)償和抑制兩方面著手,研究慣性?xún)x表的標(biāo)定方法,提升慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)試精度。針對(duì)加速度計(jì)在分度頭上進(jìn)行1g重力場(chǎng)翻滾試驗(yàn)的標(biāo)定方法展開(kāi)研究,深入分析分度頭角位置誤差對(duì)加速度計(jì)標(biāo)定精度的影響,將分度頭的角位置誤差作為變量引入到加速度計(jì)的標(biāo)定模型中,基于分度頭誤差圓周封閉的特點(diǎn),提出正交雙加速度計(jì)的二序列組合法,該方法可將分度頭角位置誤差從加速度計(jì)的輸出中分離并將其自動(dòng)補(bǔ)償,消除角位置誤差對(duì)加速度計(jì)標(biāo)定精度的影響。在加速度計(jì)進(jìn)行1g重力場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)中,通過(guò)對(duì)人為設(shè)置分度頭角位置誤差進(jìn)行反測(cè),驗(yàn)證了該方法可有效地分離出分度頭的角位置誤差。另外,提出等間隔90°安裝的四加速度計(jì)測(cè)試法,該方法具有提高加速度計(jì)標(biāo)定精度和測(cè)試效率的優(yōu)點(diǎn)。研究了IMU分立標(biāo)定中抑制三軸轉(zhuǎn)臺(tái)誤差的方法。根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理,建立轉(zhuǎn)臺(tái)的外、中、內(nèi)環(huán)軸坐標(biāo)系,分析了轉(zhuǎn)臺(tái)誤差的傳遞機(jī)理。推導(dǎo)基于三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的零位誤差、各軸線(xiàn)間的垂直度誤差、安裝誤差與IMU輸出的解析式,建立包含轉(zhuǎn)臺(tái)誤差與IMU誤差參數(shù)的分立標(biāo)定模型,該模型實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺(tái)誤差與IMU誤差參數(shù)的分離,達(dá)到抑制轉(zhuǎn)臺(tái)誤差、提高IMU標(biāo)定精度的目的。仿真和實(shí)驗(yàn)表明,所建立的標(biāo)定模型,能夠克服IMU標(biāo)定過(guò)程對(duì)高精度轉(zhuǎn)臺(tái)的依賴(lài),具有降低標(biāo)定成本的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)為利用低成本轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定高精度慣性?xún)x表提供了新思路。針對(duì)IMU模觀測(cè)標(biāo)定的誤差抑制方法展開(kāi)研究。利用加速度計(jì)輸出的比力矢量模和陀螺儀輸出的角速度矢量模作為觀測(cè)量,通過(guò)IMU量測(cè)信息進(jìn)行橢球擬合,將IMU誤差參數(shù)的標(biāo)定轉(zhuǎn)化為非線(xiàn)性方程的求解問(wèn)題,建立了比力、角速度矢量模與IMU誤差參數(shù)之間的關(guān)系。為保證IMU誤差參數(shù)標(biāo)定結(jié)果的唯一性,將加速度計(jì)和陀螺儀的誤差參數(shù)分別轉(zhuǎn)換至各自參數(shù)坐標(biāo)系下進(jìn)行標(biāo)定。利用建立的IMU框架坐標(biāo)系作為中間橋梁,解決了模觀測(cè)方法中標(biāo)定參數(shù)坐標(biāo)系不統(tǒng)一的問(wèn)題。結(jié)合IMU模觀測(cè)法的標(biāo)定原理,利用準(zhǔn)D最優(yōu)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)了標(biāo)定方案,仿真驗(yàn)證了該方法抑制轉(zhuǎn)臺(tái)誤差的有效性。研究了IMU在臥式三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上的系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定方法�；诮萋�(lián)慣導(dǎo)的速度誤差方程,推導(dǎo)了IMU誤差參數(shù)與速度誤差之間的關(guān)系式。分別設(shè)計(jì)臥式三軸轉(zhuǎn)臺(tái)外環(huán)軸整周360°轉(zhuǎn)動(dòng)和等間隔90°轉(zhuǎn)動(dòng)兩種方案:前者具有將加速度計(jì)誤差參數(shù)僅反應(yīng)在觀測(cè)量北向分量、陀螺儀誤差參數(shù)僅反應(yīng)在觀測(cè)量東向分量的特點(diǎn),可有效避免加速度計(jì)和陀螺儀標(biāo)定精度的相互影響;后者解耦了IMU安裝誤差角的3組耦合關(guān)系,利用系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定模型成功辨識(shí)出標(biāo)度因子、零偏、安裝誤差角等共21項(xiàng)誤差參數(shù),擺脫了原有的系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定方法僅能辨識(shí)標(biāo)度因子、零偏,而安裝誤差角依賴(lài)于分立標(biāo)定法的不足。仿真驗(yàn)證了所提方法的有效性,該方法可降低IMU標(biāo)定對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)精度的依賴(lài)性,抑制轉(zhuǎn)臺(tái)誤差的影響,提高IMU誤差參數(shù)的標(biāo)定精度。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的UOO三軸轉(zhuǎn)臺(tái)Fig.1-1UOOthree-axisturntabledevelopedbyHarbinInstituteofTechnology最大負(fù)載25kg

圖 1-2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研Fig.1-2 OOO three-axis turntable developed b本文針對(duì)在分度頭上進(jìn)行加速度計(jì)標(biāo)轉(zhuǎn)臺(tái)上開(kāi)展 IMU 標(biāo)定，，將考慮分度頭的角響，研究三軸轉(zhuǎn)臺(tái)誤差對(duì) IMU 測(cè)試精度的
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TH706

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2608694