【摘要】：慣性儀表是慣性導(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)計和制造工藝的途徑來提高慣性儀表的精度在實踐中遇到了制造精度極限的限制。通過在慣導(dǎo)測試設(shè)備上進(jìn)行測試,標(biāo)定慣性儀表的誤差模型,補償慣性測試設(shè)備的誤差,在提升慣性儀表標(biāo)定精度的同時可降低標(biāo)定成本,具有非常重要的工程應(yīng)用價值。本文將圍繞如何補償和抑制測試設(shè)備誤差、提高慣性儀表測試精度展開研究。一方面,深入分析測試設(shè)備所產(chǎn)生的誤差源,闡述測試設(shè)備誤差與慣性儀表輸出誤差的關(guān)系,建立相關(guān)的標(biāo)定模型,將設(shè)備誤差分離并自動補償,降低設(shè)備誤差對慣性儀表標(biāo)定精度的影響;另一方面,從原理上研究抑制轉(zhuǎn)臺誤差的慣性儀表標(biāo)定方法,針對當(dāng)前所存在的問題,提出相應(yīng)的解決方案。本文從設(shè)備誤差補償和抑制兩方面著手,研究慣性儀表的標(biāo)定方法,提升慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測試精度。針對加速度計在分度頭上進(jìn)行1g重力場翻滾試驗的標(biāo)定方法展開研究,深入分析分度頭角位置誤差對加速度計標(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的標(biāo)定模型中,基于分度頭誤差圓周封閉的特點,提出正交雙加速度計的二序列組合法,該方法可將分度頭角位置誤差從加速度計的輸出中分離并將其自動補償,消除角位置誤差對加速度計標(biāo)定精度的影響。在加速度計進(jìn)行1g重力場實測試驗中,通過對人為設(shè)置分度頭角位置誤差進(jìn)行反測,驗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°安裝的四加速度計測試法,該方法具有提高加速度計標(biāo)定精度和測試效率的優(yōu)點。研究了IMU分立標(biāo)定中抑制三軸轉(zhuǎn)臺誤差的方法。根據(jù)轉(zhuǎn)臺的工作原理,建立轉(zhuǎn)臺的外、中、內(nèi)環(huán)軸坐標(biāo)系,分析了轉(zhuǎn)臺誤差的傳遞機理。推導(dǎo)基于三軸轉(zhuǎn)臺的零位誤差、各軸線間的垂直度誤差、安裝誤差與IMU輸出的解析式,建立包含轉(zhuǎn)臺誤差與IMU誤差參數(shù)的分立標(biāo)定模型,該模型實現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺誤差與IMU誤差參數(shù)的分離,達(dá)到抑制轉(zhuǎn)臺誤差、提高IMU標(biāo)定精度的目的。仿真和實驗表明,所建立的標(biāo)定模型,能夠克服IMU標(biāo)定過程對高精度轉(zhuǎn)臺的依賴,具有降低標(biāo)定成本的優(yōu)點,同時為利用低成本轉(zhuǎn)臺標(biāo)定高精度慣性儀表提供了新思路。針對IMU模觀測標(biāo)定的誤差抑制方法展開研究。利用加速度計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量,通過IMU量測信息進(jìn)行橢球擬合,將IMU誤差參數(shù)的標(biāo)定轉(zhuǎn)化為非線性方程的求解問題,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,解決了模觀測方法中標(biāo)定參數(shù)坐標(biāo)系不統(tǒng)一的問題。結(jié)合IMU模觀測法的標(biāo)定原理,利用準(zhǔn)D最優(yōu)準(zhǔn)則設(shè)計了標(biāo)定方案,仿真驗證了該方法抑制轉(zhuǎn)臺誤差的有效性。研究了IMU在臥式三軸轉(zhuǎn)臺上的系統(tǒng)級標(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)計臥式三軸轉(zhuǎn)臺外環(huán)軸整周360°轉(zhuǎn)動和等間隔90°轉(zhuǎn)動兩種方案:前者具有將加速度計誤差參數(shù)僅反應(yīng)在觀測量北向分量、陀螺儀誤差參數(shù)僅反應(yīng)在觀測量東向分量的特點,可有效避免加速度計和陀螺儀標(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)級標(biāo)定模型成功辨識出標(biāo)度因子、零偏、安裝誤差角等共21項誤差參數(shù),擺脫了原有的系統(tǒng)級標(biāo)定方法僅能辨識標(biāo)度因子、零偏,而安裝誤差角依賴于分立標(biāo)定法的不足。仿真驗證了所提方法的有效性,該方法可降低IMU標(biāo)定對轉(zhuǎn)臺精度的依賴性,抑制轉(zhuǎn)臺誤差的影響,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本文針對在分度頭上進(jìn)行加速度計標(biāo)轉(zhuǎn)臺上開展 IMU 標(biāo)定，，將考慮分度頭的角響，研究三軸轉(zhuǎn)臺誤差對 IMU 測試精度的
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH706

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2608694