光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)信號(hào)處理與姿態(tài)算法研究.pdf

1、捷聯(lián)慣性航姿系統(tǒng)（SIAHRS）是一種重要的機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備，由光纖陀螺構(gòu)成的SIAHRS在軍民用領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文圍繞光纖SIAHRS工程應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)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(qiáng)系統(tǒng)的工程實(shí)用性。
　　 本文首先針對(duì)光纖慣性測(cè)量組件（FIMU）輸出信號(hào)中的兩類(lèi)誤差進(jìn)行處理。一方面，深入研究了FIMU非隨機(jī)誤差的標(biāo)定和補(bǔ)償算法，針對(duì)常規(guī)速率標(biāo)定算法存在的局

2、限，提出遞推最小二乘自適應(yīng)（ARLS）速率標(biāo)定算法，通過(guò)引入自適應(yīng)遺忘因子增強(qiáng)了算法對(duì)光纖陀螺溫度特性的適應(yīng)能力，提高了標(biāo)定精度；在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了FIMU誤差標(biāo)定平臺(tái)，能夠方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)FIMU誤差模型中全部參數(shù)的有效標(biāo)定。另一方面，深入探討了FIMU隨機(jī)誤差的自適應(yīng)消噪算法。對(duì)常規(guī)LMS算法進(jìn)行了兩方面的改進(jìn)，提出了變步長(zhǎng)符號(hào)LMS算法，提高了濾波精度和穩(wěn)定性；并進(jìn)一步提出將遞推最小二乘濾波器應(yīng)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(jī)動(dòng)環(huán)境下的姿態(tài)計(jì)算精度，本文圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)不可交換性誤差的補(bǔ)償算法展開(kāi)深入研究。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，建立了雙頻圓錐運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，推導(dǎo)出了不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)不可交換性誤差的振動(dòng)條件，具有工程意義。在對(duì)Miller的等效旋轉(zhuǎn)矢量?jī)?yōu)化方法深入分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新的優(yōu)化思路和方法——參數(shù)解析法，在多種運(yùn)動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行驗(yàn)證，該方法拓寬了傳統(tǒng)思路，適用性較廣。針對(duì)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(zhuǎn)矢量的改進(jìn)算法通式，通過(guò)經(jīng)典圓錐運(yùn)動(dòng)和規(guī)則進(jìn)動(dòng)下的仿真驗(yàn)證該算法的有效性。
　　 針對(duì)某些特殊的軍事場(chǎng)合，無(wú)法獲得外傳感器觀測(cè)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(dǎo)航算法，提出了基于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自檢驗(yàn)的內(nèi)阻尼姿態(tài)組合算法。重點(diǎn)研究了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自檢驗(yàn)方法，提出三種切實(shí)可行的方法，包括加速度計(jì)信息檢驗(yàn)法、狀態(tài)檢驗(yàn)法和殘差檢驗(yàn)法。通過(guò)理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證：第一種方法適用于精

5、度水平較高的FIMU，后兩種檢驗(yàn)法均不受FIMU精度的限制。將檢驗(yàn)法集成于內(nèi)阻尼卡爾濾波過(guò)程中，能正確控制內(nèi)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(shí)用價(jià)值。
　　 最后，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了光纖捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的原理樣機(jī)，將上述重要算法成功應(yīng)用在原理樣機(jī)中。通過(guò)大量的動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)，驗(yàn)證了硬件的可靠性和算法的有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明，一方面，基于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自檢驗(yàn)的內(nèi)阻尼姿態(tài)組合算法具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，在機(jī)動(dòng)性不強(qiáng)的情