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光纤陀螺快速高精度寻北技术与试验研究

作　者: 刘东波
导　师: 刘建业
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 光纤陀螺寻北算法小波变换惯性测量最小二乘拟合随机误差模型
分类号: TN967.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 448次
引　用: 3次
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内容摘要

以单只光纤陀螺为核心测量器件的快速、高精度寻北技术,不仅能为现代化战争中武器系统实施快速、机动、精确打击提供理想的方位基准,而且能为民用勘测提供精确的定位指示。与传统的机电陀螺相比,光纤陀螺具有灵敏度高、预热时间短、动态范围大、成本低、重量轻等优点,特别适合用于小型化、高精度、低成本的寻北仪研究。影响光纤陀螺寻北系统精度和快速性的关键因素是陀螺漂移,但由于陀螺研究水平和制造工艺的制约,短时间内在硬件方面很难有较大突破。因此,通过软件补偿来有效改善光纤陀螺寻北系统的精度和性能,在理论研究和工程应用中具有重要意义。本文以推进光纤陀螺的实际工程应用为研究背景,对直接影响光纤陀螺寻北精度和快速性的主要因素及软件补偿方式进行了深入的理论分析和试验研究工作,取得了满意的成果。本文深入分析和总结了影响光纤陀螺使用精度的各种主要误差源及作用机理,指出了它们在光纤输出中的时频域分布特性。并实际测试和分析了光纤陀螺动、静态输出特性,建立了光纤陀螺的随机误差模型,有针对性地采取了小波多分辨率去噪技术和误差补偿措施,从而提高光纤陀螺的使用精度。本文对常用的各种寻北方案及所能达到的寻北性能指标进行了全面的分析和归纳,并在此基础上针对单只光纤陀螺开展快速寻北技术的研究工作,并提出了新的适于工程应用的静、动态寻北改进算法,从而提高了寻北精度和快速性,具有较好的工程应用效果。为了提高光纤陀螺性能测试和寻北解算的智能化程度及实时性,本文设计编写了自动寻北可视化测试软件,该软件具有较好的可视化性能,实现了对FOG的自动测试、标定、寻北功能,从而减少了人为操作因素的干扰,提高了陀螺寻北测试精度,为利用单只光纤陀螺进行快速寻北的工程化应用积累了经验。本文通过大量的动、静态寻北实验及对实验结果的深入分析,进一步说明了陀螺信号滤波处理、寻北算法改进及寻北自动测试软件设计等软件措施,在很大程度上可以改善光纤陀螺寻北系统的精度和快速性,具有较好的工程应用价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-23
  1.1 光纤陀螺的研究与应用概况  13-17
    1.1.1 光纤陀螺的基本工作原理与分类  13-15
    1.1.2 光纤陀螺的研究现状及实用化关键技术  15-17
    1.1.3 光纤陀螺的发展趋势  17
  1.2 陀螺寻北技术研究与应用  17-20
    1.2.1 寻北技术的发展与分类  18
    1.2.2 陀螺寻北的工程化关键技术  18-19
    1.2.3 光纤陀螺寻北技术研究现状与应用前景  19-20
  1.3 本文选题依据和主要研究工作  20-21
    1.3.1 选题依据  20
    1.3.2 主要研究工作  20-21
  1.4 本文的内容安排  21-23
第二章光纤陀螺输出建模与信号滤波技术研究  23-31
  2.1 光纤陀螺输出特性分析  23-24
  2.2 FOG 的主要误差及建模  24-26
    2.2.1 影响FOG 测量精度的主要误差  24-25
    2.2.2 Allan 分析与随机漂移建模  25-26
  2.3 陀螺信号消噪技术研究  26-30
    2.3.1 小波变换理论优点与简介  26-28
    2.3.2 小波变换在FOG 信号去噪中的算法  28
    2.3.3 小波变换在FOG 信号去噪中的应用  28-30
  2.4 本章小节  30-31
第三章基于FOG 的寻北方案研究与算法改进  31-45
  3.1 陀螺寻北基本原理  31-34
    3.1.1 相关坐标系及转换关系  31-32
    3.1.2 FOG 寻北原理分析  32-34
  3.2 静态寻北方案研究  34-38
    3.2.1 两位置寻北法  35
    3.2.2 三位置寻北法  35-36
    3.2.3 四位置寻北法  36
    3.2.4 多位置寻北法  36-38
  3.3 动态寻北方案研究  38-41
    3.3.1 最小二乘估计寻北法  38-39
    3.3.2 数学函数调制寻北法  39-40
    3.3.3 单周最小二乘寻北法  40-41
    3.3.4 动态积分寻北法  41
  3.4 寻北误差分析与算法改进  41-44
    3.4.1 静态寻北误差分析与算法改进  42-43
    3.4.2 动态寻北误差分析  43
    3.4.3 动静态寻北方案比较  43-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 FOG 自动寻北可视化软件的设计  45-58
  4.1 引言  45-46
  4.2 寻北软件设计思想及流程图  46-47
    4.2.1 设计思想  46
    4.2.2 主程序算法流程图  46-47
  4.3 FOG 自动寻北测试软件的模块化实现  47-57
    4.3.1 转台控制模块  47-51
    4.3.2 陀螺输出采集与信号去噪模块  51-54
    4.3.3 参数装订与寻北方案选择模块  54
    4.3.4 寻北解算与结果显示模块  54-57
  4.4 本章小节  57-58
第五章基于FOG 的快速寻北实验研究  58-72
  5.1 FOG 寻北系统硬件组成与测试环境  58-59
    5.1.1 系统构成  58
    5.1.2 环境说明  58-59
  5.2 FOG 寻北系统性能测试  59-63
    5.2.1 主要性能指标与评估方法  59-60
    5.2.2 FOG 静态性能指标测试与标定  60-61
    5.2.3 FOG 动态性能指标测试与标定  61-63
  5.3 寻北实验与结果分析  63-70
    5.3.1 实验室北向基准的确定  63-64
    5.3.2 静态寻北结果与误差分析  64-68
    5.3.3 动态寻北结果与误差分析  68-70
  5.4 本章小节  70-72
第六章结束语  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
在学期间的研究成果及发表的学术论文  79

光纤陀螺快速高精度寻北技术与试验研究

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