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光纤陀螺寻北系统误差研究

王爽  
【摘要】: 在常用的寻北方法中,只有利用惯性原理研制的寻北仪可以不受自然条件或环境的干扰,独立完成寻北任务,而且具有连续工作时间长、精度高等特点。传统的陀螺寻北仪虽然精度高,但较高的寻北精度是以较长的寻北时间和昂贵的成本为代价的。因此如何解决精度和快速性的矛盾,提高寻北精度成了目前研究的一个重要课题。本文以实验室自主研发的捷联惯导系统中的光纤陀螺(FOG)为研究基础,利用FOG、加速度计、转台和计算机组成原理性FOG寻北系统,建立各误差的数学模型,对系统中存在的误差进行分析,并采用相应的补偿方法对误差进行补偿。 本文首先概述了惯性寻北技术的研究发展现状、FOG寻北仪的应用以及FOG寻北仪的实用化关键技术;分析FOG寻北仪的工作原理和寻北输出的数学模型;给出在不同基座下的寻北解算方法。 其次,根据实验室的FOG寻北系统,对系统中存在的主要误差进行分析。给出FOG寻北输出漂移和噪声的误差模型、加速度计的静态误差模型;分析安装误差、转位误差、地球物理量等误差以及FOG的漂移和噪声等对寻北输出的影响,确定最终需要补偿的误差。 再次,针对不同的误差给出相应的补偿方法。重点研究对漂移和物理量误差的补偿方法,研究了基座水平与倾斜情况下的双陀螺二位置寻北方法和四位置寻北方法;介绍小波滤波在消除FOG随机噪声上的应用,对FOG的输出进行小波滤波,比较了不同小波基下的滤波效果;利用allan方差分析小波滤波对FOG随机误差的实际抑制效果。 最后,介绍光纤陀螺寻北实验系统的软、硬件构成,进行寻北实验。通过实验,得到了误差补偿前后的实际寻北结果;比较分析实验结果,得到各误差对寻北结果的影响,给出各补偿方法的实际补偿效果,提高寻北精度。 通过本文的研究,旨在缩短寻北时间的同时,有效地提高寻北系统的寻北精度。


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