恒速偏頻激光陀螺快速尋北算法比較研究.pdf

1、高精度尋北儀技術(shù)研究對(duì)于軍事、民用等許多應(yīng)用領(lǐng)域均具有重要意義。隨著激光陀螺技術(shù)的日漸成熟，采用激光陀螺研制高精度尋北儀成為可能。恒速偏頻式激光陀螺尋北方案，可克服機(jī)械抖動(dòng)偏頻激光陀螺過(guò)鎖區(qū)產(chǎn)生的隨機(jī)游走誤差影響，顯著提高尋北精度和快速性。國(guó)內(nèi)學(xué)者在三個(gè)陀螺和三個(gè)加速度計(jì)組成的恒速偏頻激光陀螺尋北系統(tǒng)方面的研究已取得了一定的進(jìn)展，研制成功了尋北儀樣機(jī)。但是，從降低尋北儀成本的角度，研究由單陀螺或者雙陀螺和單加速度計(jì)組成恒速偏頻激光陀螺尋

2、北儀的可行性和性能局限，仍具有實(shí)際意義。
　　單陀螺或者雙陀螺和單加速度計(jì)組成尋北儀的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是由于測(cè)量信息較少，精度通常受到較大限制，并且抗擾動(dòng)能力較差，通常只能在靜基座條件下應(yīng)用。本文以實(shí)驗(yàn)室自主研制的高精度恒速偏頻激光陀螺尋北系統(tǒng)為研究對(duì)象，在Kalman濾波尋北算法基礎(chǔ)之上，提出基于虛擬陀螺、分時(shí)多位置測(cè)量的單、雙陀螺尋北方案，分析其誤差傳播機(jī)理，根據(jù)快速性收斂指標(biāo)，分析Kalman濾波的收斂快速性，并進(jìn)行實(shí)測(cè)

3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并提出了基于正弦波正交檢測(cè)技術(shù)的單、雙、三陀螺尋北方案，更加直觀的說(shuō)明了轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)存在錐動(dòng)、周期性轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)和測(cè)角誤差，所引起的方向敏感誤差，對(duì)單、雙陀螺尋北精度的影響。并且通過(guò)實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)將方向敏感誤差測(cè)量出來(lái)，定量分析其產(chǎn)生原因和誤差影響程度。
　　論文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作：
　　1.基于尋北系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及12狀態(tài)的狀態(tài)方程，分析了恒速偏頻尋北系統(tǒng)的誤差傳播特性；介紹了在恒速偏頻狀態(tài)下，基于Kalman濾

4、波的尋北算法，分析其收斂快速性；以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行了單、雙陀螺尋北算法研究。
　　2.針對(duì)單陀螺尋北方案，介紹了基于虛擬陀螺原理的尋北算法。該算法的IMU由單個(gè)激光陀螺和一個(gè)石英加速度計(jì)組成，另外兩個(gè)陀螺和加速度計(jì)用虛擬陀螺和加速度計(jì)代替，組成三陀螺和三加速度計(jì)的IM U，就可以應(yīng)用改進(jìn)的Kalman濾波算法進(jìn)行尋北。
　　3.提出基于分時(shí)多位置測(cè)量原理的尋北算法，分析了周期性轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速誤差對(duì)分時(shí)多位置測(cè)量原理尋北算法的尋北結(jié)果

5、影響，應(yīng)用快速性收斂指標(biāo)分析Kalman濾波的收斂快速性。采用單、雙陀螺和單加速度計(jì)組成的IMU，可以降低尋北系統(tǒng)的成本，但是相比于第二章使用三個(gè)激光陀螺的尋北算法而言，僅使用單個(gè)陀螺或兩個(gè)陀螺IMU系統(tǒng)的測(cè)量信息減少，所以精度有所下降，可以應(yīng)用到低成本低精度領(lǐng)域。
　　4.提出基于正弦波正交檢測(cè)技術(shù)的尋北方案。以單軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)式陀螺尋北儀為研究對(duì)象，采用正交檢測(cè)技術(shù)尋北時(shí)，由于轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)存在錐動(dòng)、周期性轉(zhuǎn)速不平穩(wěn)和測(cè)角誤差，將引入方