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基于光纤陀螺船用捷联导航系统研究

光纤陀螺是重要的船用捷联导航设备,光纤陀螺捷联导航系统代表着未来船舶导航系统的发展方向。本文对基于光纤陀螺的船用捷联导航系统进行研究。船用捷联导航系统相比于其它用途的导航系统有着工作时间长,始终处于摇摆、颠震等工作环境的特点,应用于军舰的光纤陀螺捷联导航系统必须具备能够承受火炮、导弹等武器系统发射时很大冲击的能力。因此船用捷联导航系统对光纤陀螺的动态性能,包括动态特性与动态误差特性,随机漂移性能提出了更高的要求。数学模型是研究光纤陀螺性能的主要工具,为此本文对光纤陀螺的数字闭环检测系统的实现、动态误差模型、动态模型(传递函数)、随机漂移误差模型进行研究,得出了一些有实用价值的结论,掌握了利用数学模型研究光纤陀螺的设计与改善性能的方法。在此基础上,通过改进系统硬件设计方案与推导捷联罗经系统找北原理,论文对光纤陀螺捷联罗经系统的软硬件进行了设计与实现研究,为基于光纤陀螺的船用捷联系统研究提供了理论依据和实践基础。论文主要包括以下几个  (本文共159页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学

船用光纤捷联惯导系统标定与海上对准技术研究

随着光纤陀螺精度的提高,船用光纤陀螺捷联惯性导航系统正处于产品开发阶段。船用光纤陀螺捷联惯性导航系统涉及的关键技术包括很多方面,主要集中在标定技术、初始对准技术、综合校准技术、阻尼技术等几方面。本文从提高船用光纤陀螺捷联惯导系统的实际需求出发,对系统标定技术和海上对准技术展开研究。主要工作有:首先,对光纤陀螺组件和加速度计组件进行误差建模,建立标定误差与载体角速率和比力之间的关系,推导标定误差对捷联惯性导航系统导航误差的影响,并对其进行分析,研究标定误差对捷联惯性导航系统摇摆运动和匀加速直线运动情况下导航误差的影响,对其进行仿真验证。其次,对分立式标定方法进行误差分析和计算机仿真,分析三轴惯导测试转台速率误差和定位误差对惯性测量单元标定结果的影响。提出了一种光纤陀螺组件六位置分立式标定方法,降低了转台误差对光纤陀螺组件标定结果的影响,消除了光纤陀螺组件标定参数之间的耦合误差。仿真分析和导航实验证明,六位置分立式标定方法提高了光纤...  (本文共135页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

基于转动的光纤陀螺捷联惯性导航系统初始对准研究

光纤陀螺仪是70年代发展起来的一种光学陀螺仪。采用光纤陀螺仪的捷联式惯性导航系统将是21世纪前期军用和民用惯性导航系统市场的主要成员之一。惯性导航系统的初始对准是影响系统性能的关键技术。对准的精度与时间直接关系到惯性系统的精度和起动特性。基于某型中/低精度光纤陀螺捷联惯导系统,本文进行了初始对准研究。经对传感器信号误差进行分析,发现其零偏是该型光纤陀螺捷联惯导系统初始对准误差主要来源。根据这一特点,在初始对准中必须补偿和抑制传感器的零偏。对此,本文开展了以下几项工作:1.采用经典罗经对准方法进行了静基座的初始对准研究;2.利用奇异值的分解对两位置对准进行了可观测性和可观测度的研究,并采用卡尔曼滤波方法进行了两位置初始对准实验;3.在载体连续旋转情况下,对系统误差的变化进行了分析,并采用卡尔曼滤波方法进行了连续旋转初始对准实验。结果表明,经典罗经对准方法由于未对零偏进行处理,导致其精度不高。两位置卡尔曼罗滤波方法可以对传感器的零偏...  (本文共78页) 本文目录 | 阅读全文>>

《系统仿真技术》2017年03期
系统仿真技术

星载双光源四轴光纤陀螺光源故障诊断与处理

随着航天事业的发展,各类人造卫星应用技术取得了长足的进步,已经成为各国航天发展的重要方向。近年来,快速发射和商业航天理念进一步加快了卫星技术的蓬勃发展。姿态测量控制分系统是卫星及其遥测遥感载荷的关键部件,直接关系到通信天线的指向精度和遥感遥测的图像质量。目前,光纤陀螺组件以其小体积、低功耗、低成本、高精度、高可靠性等优势,成为以卫星为主要代表的航天飞行器姿态测量控制系统的首选[1-3]。光纤陀螺姿态测量控制系统已成功应用于多个空间任务中,被证实是适合空间应用的可靠的姿态测量单元[4-5]。将光纤陀螺组件应用在卫星上,会受到太空环境因素的影响。由于复杂且恶劣的空间辐射和热真空环境,以及中长期在轨光纤陀螺器件自然老化,光纤陀螺不可避免地出现性能退化和各种故障问题,引起光纤陀螺测量精度下降或失效,导致卫星姿态控制精度恶化或不满足任务要求。因此,根据光纤陀螺性能退化情况采取应对措施以保证姿态测量精度,提高卫星的在轨自主故障诊断和重构能力...  (本文共6页) 阅读全文>>

《航空兵器》2017年04期
航空兵器

一种光纤陀螺随机振动误差高精度建模方法

0引言光纤陀螺在实际工程应用中,冲击、振动引起的光纤环的应力变化、器件尾纤振动以及结构的共振都将引起陀螺误差[1],表现为陀螺零位发生偏移,严重影响光纤陀螺在实际工作中的精度和稳定性。目前,工程中解决光纤陀螺敏感振动环境主要采用以下两种技术途径:一是在光纤陀螺的设计和生产阶段采取改善封装结构、控制胶粘剂涂覆用量、引入橡胶减振装置[1]等物理方法,在一定程度上减小振动引起的误差,提高器件固有精度,但工艺水平提升空间有限,效果仍无法满足精度需求较高的捷联系统;二是在光纤陀螺精度确定的前提下,分析振动数据特性,并由软件实现对振动误差的准确建模、滤波及补偿。第二种方法因其低成本、应用广的优势,成为提高光纤陀螺精度的重要手段。常用的数据分析、建模方法包括小波分析、神经网络建模和时间序列建模等。基于小波分析的趋势项提取方法[2-4],过程繁杂,且自身存在的限制通常情况下会造成虚假的谐波,依此进行的一系列分析也将失去原有的物理意义;神经网络建...  (本文共6页) 阅读全文>>

《光电工程》2013年05期
光电工程

光纤陀螺在摇摆状态下的误差建模与补偿

0引言光纤陀螺是一种新型全固态角速率传感器,具有启动时间短、动态范围大、频带宽度宽等优点,是一种理想的捷联惯性器件,广泛应用于各种捷联系统,比如惯性导航系统、姿态稳定与控制系统、姿态跟踪系统等[1]。在捷联系统中,光纤陀螺与载体直接固连,直接敏感载体的角运动。在高动态环境下,陀螺不仅敏感较大的角速率,还可能承受摇摆和振荡运动,比如导弹弹体的弯曲和发动机引起的振荡等等。在研究过程中发现,当载体进行剧烈、快速的摇摆运动时,光纤陀螺存在较大的角速率测量误差,该项误差制约了光纤陀螺捷联系统在高精度、高动态、大机动应用环境下的精度[2]。文献[2]推导了摇摆状态下光纤陀螺闭环控制系统产生的附加相移表达式,指出了附加相移对系统的影响并提出了减小附加相移的方法。文http://www.gdgc.ac.cn献[3]采用最小二乘法对光纤陀螺的时滞环节进行了补偿,使光纤陀螺在200 Hz内的频率响应特性得到改善。文献[4]通过转台实验发现存在角加速...  (本文共6页) 阅读全文>>

《光学与光电技术》2013年02期
光学与光电技术

闭环光纤陀螺数字信号处理系统设计

1引言光纤陀螺是光纤传感领域最重要的成就之一,它具有无运动部件、工艺简单、精度覆盖面广、动态范围大、启动快、寿命长、抗冲击、耐过载等优点,在航空、航天、航海和兵器等军用领域和地质、石油勘探等民用领域具有广阔的发展前景,引起广泛的关注[1]。光纤陀螺信号处理分为开环和闭环两种方案,闭环光纤陀螺在标度因数非线性度、动态范围和精度等方面均优于开环光纤陀螺。目前光纤陀螺信号处理普遍采用数字解调、阶梯波反馈的全数字闭环方案[1-5]。本文介绍了闭环光纤陀螺信号处理系统,对影响光纤陀螺测量精度的前放与滤波、A/D转换、D/A转换等模块电路进行了说明与设计,利用FPGA实现了信号处理中数字解调、阶梯波反馈、时序控制等关键功能,在实际使用中取得了满意的效果。2光纤陀螺信号检测方法2.1基本原理光纤陀螺是基于Sagnac效应的角速率光纤传感器[1,2]。两束反向同频率同相位的光经过旋转的光纤环圈后产生的相位差与光纤环圈的旋转角速率有如下关系:ΔΦ...  (本文共5页) 阅读全文>>