收藏本站
《国防科学技术大学》 2011年 博士论文
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

开环光纤陀螺性能改进及其在光纤矢量水听器姿态测量上的应用研究

陈宇中  
【摘要】:近年来,智能化水中兵器获得快速发展,由于水下环境的特殊性,惯性导航和姿态控制,以及基于水声探测的信息系统成为智能化水中兵器的核心关键技术。本文针对智能化水中兵器应用发展需求,进行开环光纤陀螺性能改进及其在光纤矢量水听器姿态测量上的应用研究,为智能化水中兵器的运动控制和水声探测技术发展提供了理论和实验基础。 对水中兵器而言,由于其动态特性和对成本的要求,开环光纤陀螺是比较理想的惯性器件。本文针对具体结构的开环光纤陀螺,进行了有关改进陀螺性能的理论和实验研究。通过采用两级波表法,提高了调制信号精度,改善了陀螺工作点控制稳定性;通过光源相对强度噪声(RIN)抑制方法,在一定程度上抑制了光源噪声,减小了陀螺随机游走;通过温度补偿,改进了陀螺温度稳定性;通过小波滤波方法,对陀螺信号中噪声的抑制取得了明显效果。对改进后的陀螺进行了综合测试,其性能明显优于国外在我国市场大量销售的开环光纤陀螺。 光纤矢量水听器的测量是相对其自身载体坐标系的测量。在运动平台上,光纤矢量水听器上变化的载体坐标系下测量的结果需变换到统一的参考坐标系下。本文结合矢量水声信号处理的特殊要求,进行了动基座下矢量水听器目标定向、四分量信号融合和水声场求解所涉及的姿态变换算法研究。针对光纤陀螺角速度输出的特点,推导了基于角速度测量的姿态算法,在典型的圆锥运动和划桨运动条件下,对改进的算法进行了优化,仿真结果表明,优化后的算法误差更小。 分析了光纤矢量水听器姿态测量系统的误差,针对矢量水听器应用的特点对误差方程进行了简化,分析了静基座下误差传播特性,得到了误差振荡频率。分析了姿态测量误差对矢量水听器目标定向误差的影响,针对无声学噪声及有声学噪声两种不同情况,推导了定向误差随姿态误差变化的关系式,对有噪声的情况进行了仿真,仿真结果证明推导的关系式正确。 研究了光纤矢量水听器姿态测量系统的标定与初始对准方法。标定需做位置试验及转动试验,可标定出光纤陀螺、加速度计、磁罗盘的零偏、标度因数和安装误差这些参数。由于开环光纤陀螺是中等精度的陀螺,因此初始对准不能通过陀螺来进行,而需引入磁罗盘。初始对准分为粗对准和精对准两个阶段,分析了粗对准的精度,精对准使用磁罗盘辅助的卡尔曼滤波方法,分析了卡尔曼滤波的可观测度,进行了计算机仿真,仿真结果表明引入磁罗盘可提高对准精度,方位角误差由4°降低至10′。 设计并研制了一套基于开环光纤陀螺的光纤矢量水听器姿态测量系统,其中包括硬件及软件的设计与调试。对姿态测量系统进行了全面的测试,包括静态测试、转动测试,并与光纤矢量水听器进行了联合海试,海试结果表明,光纤矢量水听器用姿态测量系统所测得的姿态进行姿态变换后,目标定向的精度有较大幅度的提高,方位角标准差由6°~7°降至2°~3°。 论文的主要研究成果和创新性如下: (1)提出采用两级波表法可产生开环光纤陀螺的高精度调制信号;提出了一种RIN抑制方法,可在一定程度上抑制开环光纤陀螺的光源噪声。 (2)针对光纤陀螺角速度输出特点,对等效旋转矢量算法及划桨效应补偿算法进行了优化,使算法误差更小。 (3)分析了姿态测量误差对光纤矢量水听器目标定向误差的影响,对无声学噪声情况,给出了方位角、俯仰角误差随姿态误差变化关系式,对有声学噪声情况,给出了方位角、俯仰角平均值及方差随姿态误差变化关系式。不论哪种情况,当目标俯仰角较大时,小的姿态误差都会导致姿态变换后大的方位角定向误差,提出应用时应尽量减小目标俯仰角。 (4)设计并研制了一套基于开环光纤陀螺的光纤矢量水听器姿态测量系统,其中三轴光纤陀螺模块采用了一体化的电子学处理方式,从而降低了体积与成本,并使三轴陀螺的时钟完全同步。该套姿态系统在水下可正常工作,光纤矢量水听器姿态变换后目标定向的结果正确。本文将开环光纤陀螺应用于光纤矢量水听器的姿态测量,这在国内尚属首次。本文的工作是一次真正意义上的光纤陀螺水中工程应用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王伟;;ESPRIT方法在矢量水听器多目标方位估计中的应用[J];声学与电子工程;2006年03期
2 张开锐;薛晨阳;张国军;关凌纲;王建平;;MEMS矢量水听器及其方位估计研究[J];传感器与微系统;2009年06期
3 陈韶华;陈川;郑伟;;单矢量水听器线谱多目标分辨研究[J];电子与信息学报;2010年05期
4 孙贵青,杨德森,张揽月;基于矢量水听器的水下目标低频辐射噪声测量方法研究[J];声学学报(中文版);2002年05期
5 莫喜平;;第三讲 让声纳系统耳目一新:新型水声换能器与换能器新技术[J];物理;2006年05期
6 陈丽洁;杨士莪;;压阻式新型矢量水听器设计[J];应用声学;2006年05期
7 孟春霞;李秀坤;杨士莪;胡园;;基于遗传算法的单矢量水听器多目标方位估计[J];声学技术;2007年02期
8 张李方;程锦房;何希盈;;矢量水听器与Kalman滤波在水雷引信中的应用[J];兵工自动化;2008年12期
9 徐步安;;基于单矢量水听器的目标检测及测向系统[J];声学与电子工程;2009年01期
10 陈丽洁;贾琳;张鹏;徐兴烨;李时光;;混合集成型压阻式矢量水听器设计[J];中国电子科学研究院学报;2009年02期
11 关凌纲;张国军;薛晨阳;蓝伟军;;三维同振柱型矢量水听器的制作[J];舰船科学技术;2009年09期
12 洪连进;杨德森;时胜国;邢世文;;中频三轴向矢量水听器的研究[J];振动与冲击;2011年03期
13 何希盈;李成新;张磊;曾永钢;岳德俊;;矢量水听器自适应线谱增强应用研究[J];海洋技术;2011年03期
14 周浩;顾晓东;蒋兴舟;;基于MUSIC算法的矢量阵波达方向估计[J];微计算机信息;2007年06期
15 孟春霞;李秀坤;杨士莪;;单矢量水听器多目标方位估计的算法研究[J];舰船科学技术;2007年02期
16 杨秀庭;孙贵青;陈新华;李启虎;;一种改进的WSF算法在单矢量水听器多目标方位估计中的应用[J];声学技术;2007年02期
17 王德俊;李风华;;基于单个矢量水听器和子空间旋转的宽容宽带双目标分辨与跟踪方法[J];声学学报(中文版);2007年05期
18 彭汉书;李风华;;由矢量水听器阵列反演浅海地声参数[J];声学技术;2008年02期
19 石敏;王海陆;;三维压差式矢量水听器定向性能分析[J];舰船科学技术;2008年04期
20 葛辉良;翟丽雪;熊省军;孟洪;;矢量水听器在时反水声通信中的应用研究[J];声学与电子工程;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈洪娟;张虎;杨松涛;邹亮;杨收;;同振式矢量水听器耐压结构设计[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
2 姚纪元;孙好广;徐余;;一种低频、高灵敏度二维矢量水听器研究[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
3 孙梅;李风华;;一种矢量水听器俯仰姿态校正方法研究[A];中国声学学会2009年青年学术会议[CYCA’09]论文集[C];2009年
4 王艳;姜亚浩;陆玲兰;;一种组合二维矢量水听器[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
5 熊水东;罗洪;胡永明;倪明;孟洲;;三维光纤矢量水听器实验研究[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年
6 张虎;陈洪娟;靳建嘉;王文芝;;一种低频压差式矢量水听器研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
7 吴小强;;声纳二维波达方向估计方法研究[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会2011年海战场电子信息技术学术年会论文集[C];2011年
8 程彬彬;杨士莪;;单矢量水听器目标方位估计[A];2004年全国水声学学术会议论文集[C];2004年
9 时胜国;杨德森;莫世奇;;单个矢量水听器对目标测向的精度分析[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
10 江南;黄建国;李姗;;单矢量水听器DOA估计算法研究[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕云飞;甚低频矢量水听器潜标探测系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吕文磊;压差式光纤矢量水听器基元与测试技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 吴艳群;拖线阵用光纤矢量水听器关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 师俊杰;基于潜标的甚低频矢量声场建模与试验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 王鹏;基于MEMS矢量水听器阵列的声目标定向定位技术研究[D];中北大学;2013年
6 胡鹏涛;浅海中声能量分布的不均匀性对潜艇辐射噪声测量的影响研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 陈宇中;开环光纤陀螺性能改进及其在光纤矢量水听器姿态测量上的应用研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 陈丽洁;微型矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 莫世奇;矢量水听器的数据融合研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 马敬广;时间反转镜被动定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 归宏猛;矢量水听器(阵)及其在低频声源校准中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李海霞;有限障板对矢量水听器测向的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 杨松涛;深水矢量水听器的研制[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 何勤;有限障板下矢量水听器性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张鹏;集成型二维矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 张春雷;用于拖曳阵的矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 邹亮;耐压矢量水听器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 戴福来;基于矢量水听器的声学材料声反射系数现场测试方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 张驰;多矢量水听器的数据融合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
10 李兴武;矢量水听器信号调理与数据采集系统设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 袁岷;陀螺连续测斜仪首次应用获成功[N];中国石化报;2010年
2 本报记者 朱伟光;杨士莪:大海会记得,我们来过[N];光明日报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978