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二频机抖激光陀螺单轴旋转惯性导航系统若干关键技术研究

于旭东  
【摘要】:高精度惯性导航系统在军事领域有重要的应用价值。论文以高精度单轴旋转惯性导航系统和姿态测量系统为研制目标,从理论和工程实现两个方面对单轴旋转误差补偿技术及二频机抖激光陀螺结构、温度特性等关键技术进行了研究,研制了高精度单轴旋转惯导系统和姿态测量系统,进行了静态和动态导航实验,获得了高精度的实验结果。论文主要工作如下: 1.单轴旋转惯导系统误差补偿原理的理论研究和误差特性分忻。从频域的角度分忻了单轴旋转惯导系统误差补偿的本质,对惯性器件漂移误差、标度因数误差、安装误差、随机游走误差、初始误差等的补偿效果进行了细致地分忻。讨论了旋转方式、转动带来的速度误差锯齿效应、转位精度、旋转速度对系统的影响,提出了一种合理和实用的旋转方案。仿真分忻了晃动基座下单轴旋转惯导系统的误差情况,给出了系统误差分配方案。 2.单轴旋转惯导系统中的核心器件一二频机抖激光陀螺结构特性和温度特性分忻。采用理论分忻、有限元仿真和实验验证的方法对二频机抖激光陀螺结构的静力学、动力学特性进行了分忻,为减小基础随机振动对陀螺的影响提供依据,并据此设计了一种抗击大过载的抖动结构。对激光陀螺安装盒进行了优化设计,在系统安装时不损失陀螺精度的条件下,为惯导系统减重设计提供参考。采用有限元法对激光陀螺的温度特性进行了仿真研究,指出为了更加全面的反映温度空间梯度变化对陀螺的影响,需要对激光陀螺进行多温度点补偿。设计了多温度点温度补偿模型,提高了温度补偿的效果。 3.多位置初始对准和轴向陀螺漂移辨识技术研究。根据单轴旋转惯导系统的实际情况,设计了罗经回路对准和Kanlan滤波多位置对准测漂方法,并进行了仿真和实验研究。由于轴向陀螺漂移难以观测,提出了一种以纬度误差、温度变化量为输入的RBF神经网络的系统辨识技术,对冷态、热态采用不同神经网络进行辨识,轴向陀螺漂移辨识精度优于0.0003°/h。 4.为了获得高的姿态精度,对二频机抖激光陀螺无减振方案进行了探索性的研究,研制了单轴旋转姿态测量系统原理样机,介绍了系统在结构设计和热设计方面的特点。对所研制的单轴旋转姿态测量系统原理样机进行了静态测试、三轴摇摆测试和长时间试验,系统水平姿态24h保持精度优于25”,24h航向保持精度优于30”,水平姿态7d保持精度优于30”,7d航向保持精度优于1。 5.设计并研制了高精度单轴旋转惯导系统工程样机。对单轴旋转惯导系统的总体结构、惯性器件的选择和测试、软硬件组成、磁屏蔽方案进行了研究。对所研制的单轴旋转惯导系统工程样机进行了全面的性能测试,包括静态实验、车载试验、洞庭湖试验、潜艇系泊和潜艇出航试验等,系统最大定位误差优于1nm/72h,2nm/120h,4nm/240h。


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