双轴旋转式光纤陀螺捷联惯导系统技术

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1、双轴旋转舰船光纤陀螺捷联惯导系统技术摘要惯性器件常值及慢变的误差是影响捷联惯导系统精度的主要因素之一，所以在SINS出厂前均需要对器件误差进行标定。但在惯导系统投入使用之后标定的结果会随时间发生变化，对于高精度SINS，每次启动后都须对惯性器件的误差进行重新标校。旋转式SINS利用转位机构的周期性转位，改变原有器件误差形式，将常值及慢变的器件误差调制成周期性、零均值形式，消除其对SINS的影响。可以在不提高原有惯性器件精度的条件下，提高SINS的精度。本课题主要对旋转式SINS的自标校技术和自补偿技术进行研究。论文具体的工作包括：（1）对目前常用的可观测性分析方法进行了简述，分析了基

2、于PWCS分析方法在理论上的不严谨及其产生的原因，并介绍了一种较优的分析方法——全局可观测性分析法。利用该方法，深入分析了静止、绕IMU敏感轴旋转轴匀速转动、变速转动等运动形式与旋转式SINS的可观测性之间的关系，设计出旋转式SINS自标校转位原则。（2）根据提出的旋转式SINS自标校转位方案原则设计出了一种自标校方案——双轴8位置转位方案，并建立了Kalman滤波的状态方程及量测方程，为验证各转位方案效果提供保证，利用Kalman滤波方法对该转位方案进行了仿真。（3）在旋转式SINS器件误差自补偿原理基础上，分析并总结出了自补偿技术旋转方案的设计原则，重点分析了转位过程中角加速度对

3、定位精度的影响，并给出了最优的角速度和角加速度。利用上述所分析的结果，并借鉴前人对旋转调制技术的研究成果，设计出了两套双轴16次序转位方案，并分别对这两种方案进行了仿真。（4）利用实验室自研的光纤陀螺SINS和三轴惯性测试转台搭建了双轴旋转式SINS原理样机。分别进行了双轴8位置转位方案及16次序导航方案试验，对试验结果进行了离线分析。关键词：双轴旋转式SINS；全局可观测性分析；自标校；自补偿哈尔滨工程大学硕士学位论文双轴旋转舰船光纤陀螺捷联惯导系统技术ABSTRACTTheconstantandslow-varyingbiasoftheinertialsensorsisthema

4、ininfluenceonthestrapdowninertialnavigationsystem(SINS)precision.Sothebiasofthesensorsmustbecalibratedbeforeitcanbeused.ButtheresultsofthecalibrationchangeintimeaftertheSINSusedinalongtime.Andusuallythebiasoftheinertialsensorsisdifferentineachstart.Sothebiasoftheinertialsensorsshouldbere-calibr

5、atedbeforetheSINSrunning.TheinertialsensorsbiasandthemisalignmentwillbecalibratedwiththerotatingmechanismandKalmanfilterinashorttime.TherotarySINSchangestheconstantorslow-varyingerrorsintoperiodicalandzero-meanformwiththerotatingperiodicallytocounteracttheeffectstotheSINS.SotheprecisionoftheSIN

6、SisenhancedwithouthighprecisioninertialsensorsbytheSINSself-compensationmethod.Theself-calibrationandself-compensationmethodsofrotarySINSareresearchedinthiswork.Themainworksinclude:(1)Theconceptoftheinertialnavigationsystemobservabilityisintroduced.Andthenormalobservabilityanalysismethodsareske

7、tched.ThetheoryshortageandthereasonofPWCSobservabilityanalysismethodareclarified.Thentheglobalobservabilityanalysismethodwitchafineobservabilityanalysismethodisintroduced.Withthismethod,therelationshipbetweendifferentrotatingmodes