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某型导弹发射车的激光陀螺惯导系统外场标定技术研究

作　者: 曹京宇
导　师: 汤建勋
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 惯性导航系统激光陀螺外场标定可观测性理论分段线性定常系统卡尔曼滤波
分类号: TJ768.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

激光陀螺捷联惯导系统具有适合于高动态环境、可靠性好、抗冲击能力强、性能价格比高等优点,目前已经广泛应用于各军事领域。激光陀螺捷联惯导系统中的惯性器件零偏、标定因数误差、安装误差是影响系统导航精度的主要误差源。激光陀螺捷联惯导系统中的这些误差参数可以通过实验室内的高精度三轴转台进行精确标定[1-2],利用标定结果可以对系统进行误差补偿。但是,激光陀螺捷联惯导系统在使用或放置一段时间以后,系统的一些误差参数会偏离出厂时的精确标定值,影响系统的导航精度。为了使惯导系统能够长期稳定的使用并且避免对系统进行拆装,就需要在外场条件下(野外、靶场或训练场)对系统的主要误差参数定期地进行重新标定。论文所研究的外场标定方法是针对某型导弹发射车的激光陀螺捷联惯导系统。导弹发射车在载弹情况下无法进行大幅度的机动,在静止条件下所能提供的俯仰角和横滚角也非常有限(一般不超过10 ),这就对外场标定的实现方法和标定路径有所限制。鉴于导弹发射车的以上特点,本文所研究的外场标定方法是在导弹发射车所允许的机动路径范围内,以多位置对准理论为基础,利用系统导航输出的速度误差作为观测量,通过卡尔曼滤波对激光陀螺捷联惯导系统的误差参数进行重新标定。标定过程不需要将系统从车上拆下,也不需要外部设备、操作简易、快捷、并且易于在外场条件下实现。论文首先分析了激光陀螺捷联惯导系统的易漂移误差并对系统建立了外场条件下的简化误差模型。然后设计了适合导弹发射车机动的外场标定位的置编排方式,运用分段线性定常系统(PWCS)可观测性理论和奇异值分解理论对不同位置编排下系统可观测性和可观测度进行了分析,并对不同位置编排以及姿态角的角度变化对标定效果的影响进行了仿真实验,给出了最优的位置编排方式。最后通过车载试验对激光陀螺捷联惯导系统的陀螺零漂和水平加速度计零偏及其标度因数误差进行了外场标定,通过卡尔曼滤波可以估计出陀螺零漂和水平加速度计零偏,但是只有当水平加速度计标度因数误差偏离到较大值时才能够得到准确的估值。利用外场标定结果对惯导系统进行了误差补偿,结果表明通过外场标定和误差补偿,激光陀螺捷联惯导系统的导航精度得到了明显的提高。

某型导弹发射车的激光陀螺惯导系统外场标定技术研究

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