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光纤陀螺捷联惯导系统初始对准技术研究

谷宏强  
【摘要】: 针对以光纤陀螺(FOG)为惯性传感器的捷联惯导系统在初始对准过程中存在的理论与技术问题,开展了FOG误差分析以及光纤陀螺捷联惯导系统速初始对准技术研究,提出了解决FOG应用中部分理论与技术问题以及实现FOG捷联惯导系统初始对准的途径与方法,主要内容为: (1)研究了高精度FOG随机误差的建模与滤波。在对FOG噪声分析的基础上,采用Allan方差分析法和时间序列法,根据两种方法分析结果的一致性,建立了高精度FOG的随机误差模型;提出了一种改进型二阶自回归AR(2)模型,实现了高精度FOG随机误差在惯导系统初始对准和静态导航中的在线建模,并采用卡尔曼滤波算法,实现了高精度FOG随机误差的实时滤波。 (2)分析了FOG角随机游走产生的原因;提出了研究FOG角随机游走对惯导系统初始对准影响的方法;定量分析了FOG角随机游走对FOG惯导系统静态对准和导航的影响;分析了角随机游走对FOG惯导系统的多种影响及其特点,为FOG惯导系统的优化设计提供了理论指导。 (3)研究了FOG的磁特性,提出了提高FOG抗磁能力的措施与方法;根据车载捷联式陀螺寻北仪的特点,提出了一种采用低成本高精度去偏FOG实现短时稳定的“两位一面”寻北仪转位机构方案,研究了其防磁技术;建立了FOG寻北仪以及FOG寻北仪中FOG的误差模型;分析了FOG寻北仪产生多位置寻北误差的原因,确定了消除或减小该误差的方法。 (4)分析了陆军战车摆动干扰的特点,提出了一种FOG惯导系统粗对准中的摆动误差补偿方法;通过理论分析和仿真,建立了FOG捷联惯导系统在初始精对准和综合校正时的FOG误差模型;采用光纤惯组与里程计“松耦合”的组合方式,实现了FOG捷联惯导系统的综合校正。 (5)针对捷联惯导系统的初始对准,设计了将遗传算法用于初始对准时的适应度函数,分别将遗传算法用于粗对准和精对准,探讨了遗传算法用于初始对准的可行性。在分析了单一遗传算法特点的基础上,将遗传模拟退火算法用于初始对准,并进行了仿真验证。 (6)综合应用上述理论和技术研究成果,把理论研究应用于实际,结合具体科研项目,研究了FOG误差模型、初始对准算法、滤波算法、导航和综合校正算法在实际系统中的应用,设计开发了光纤陀螺捷联姿态与航向基准系统并通过了技术鉴定。


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