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《国防科学技术大学》 2006年
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二频机抖激光陀螺捷联惯导系统及其实时温度补偿方法的研究

张鹏飞  
【摘要】: 采用机械抖动偏频的激光陀螺在国内的捷联惯性导航系统中正起到越来越重要的作用。捷联系统工程化应用中,环境温度变化以及系统自身的发热,会导致惯性器件(激光陀螺和加速度计)的工作温度发生改变,惯性器件的标度因子和零偏也会变化,最终影响捷联系统的初始对准和导航精度;另外系统在振动和摆动等条件下的运动相关性误差在应用中也必须进行补偿。论文对机抖激光陀螺和加速度计的温度补偿方法及模型进行了研究,并对整个惯导系统的温度补偿、圆锥误差补偿和标定方法进行了研究。 本文首先简单介绍了捷联惯性导航系统的原理及其组成。在分析了惯性测量系统一些误差源的基础上,重点分析捷联惯性导航系统的误差及其补偿的方法和思路。第三章根据导航系统的工程化应用和温度补偿的需要,研究了数字信号处理器DSP在捷联导航系统中的应用,给出了主机板(CPU)的软硬件实现过程,并将理论应用到导航系统的实际运算、控制中,设计了高精度的测温电路,并对导航软件作了介绍。由于数字信号处理器DSP对于高级语言(C语言)的支持,且软件的编写使用了模块化的编程思想,所以整个软件的开发变的容易很多,开发周期大大缩短,可读性得到很大提高,可扩充性和可维护性也都大有改善。 第四章对机抖激光陀螺的误差进行了理论分析,对其零偏的温度特性进行了理论和实验分析,通过多项式拟合、疏系数回归模型分析和逐步回归模型分析,得到了机抖激光陀螺零偏的实时温度补偿模型,并对模型进行了实验验证,说明模型有效且具有普适性;另外还提出了零偏的自适应建模,并研究了RBF神经网络在机抖激光陀螺零偏的辨识中的应用;最后对温度补偿后的陀螺的标定方法进行了论述。 第五章对加速度计的误差进行了理论分析,对加速度计的零偏和标度因子的温度特性进行了理论和实验分析,通过多项式拟合分析,得到了加速度计本身的零偏和标度因子的温度补偿模型和I/F转换电路板的温度补偿模型,并对模型进行了实验验证,设计了多温度点和多位置法相结合的加速度计的标定方法。 第六章对机抖激光陀螺捷联惯导系统在振动和摆动条件下的误差进行了理论分析,重点对圆锥误差补偿和划摇运动误差补偿方法进行了研究和分析,并进行了线振动试验,对补偿的效果进行了实验验证,结果表明补偿方法效果较好。 最后,在所研制的激光陀螺捷联惯导系统上进行了一系列的测试,对补偿前后的惯导系统作了分析比较,说明了系统温度补偿和圆锥误差补偿的有效性;考虑有扰动条件下的初始对准、对准后掉头跑直线、变温、单向多圈闭合运动等变化情况,本文所做的各次定位测试系统一小时的圆概率误差均优于0.3海里,测试结果表明了各项研究与实现方法的正确性。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:V249.322

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