光纖陀螺捷聯(lián)旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光纖陀螺具有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、工藝簡(jiǎn)單、精度覆蓋面廣、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，被捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)普遍采用；光纖陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)省去了復(fù)雜機(jī)械機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低。然而，由于捷聯(lián)系統(tǒng)的慣性元件直接與載體固連，工作環(huán)境惡劣，振動(dòng)、環(huán)境溫度、大范圍的角速度及角加速度會(huì)引起較大的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差和元件誤差；此外，目前國(guó)內(nèi)慣性器件受材料及加工工藝的影響，與傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)子陀螺相比，光纖陀螺精度低，環(huán)境適應(yīng)能力差。因此，如何提高光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的定

2、位精度和長(zhǎng)時(shí)間工作能力，成為國(guó)際導(dǎo)航界討論的熱點(diǎn)。
　　 為減小慣性元件誤差對(duì)捷聯(lián)系統(tǒng)導(dǎo)航定位精度的影響，提高導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，本文以實(shí)驗(yàn)室在研的光纖陀螺為研究對(duì)象，開(kāi)展捷聯(lián)旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)研究。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面，對(duì)捷聯(lián)旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和問(wèn)題進(jìn)行深入研究和分析。
　　 闡述課題的研究背景和研究意義，介紹國(guó)內(nèi)外光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)、光纖陀螺溫度控制技術(shù)和捷聯(lián)旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的研究發(fā)展現(xiàn)狀。
　　 分析慣性器件常值誤差和周期

3、誤差對(duì)慣導(dǎo)定位參數(shù)誤差影響，闡述捷聯(lián)旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)抑制慣性器件誤差對(duì)系統(tǒng)導(dǎo)航定位精度影響的原理；從慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程出發(fā)，進(jìn)一步分析捷聯(lián)旋轉(zhuǎn)式系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)谋举|(zhì)；以慣性器件常值誤差、標(biāo)度因數(shù)誤差和安裝誤差為誤差源，建立旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)誤差調(diào)制效果表達(dá)式。
　　 分析旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)慣性器件關(guān)鍵誤差指標(biāo)，根據(jù)捷聯(lián)系統(tǒng)求解誤差方程的方法，以慣性元件的常值漂移、標(biāo)度因數(shù)誤差和安裝誤差為誤差源，針對(duì)捷聯(lián)單軸旋轉(zhuǎn)方案--單軸單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)和單軸正反

4、轉(zhuǎn)兩種典型的旋轉(zhuǎn)方式，建立單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)定位參數(shù)誤差表達(dá)式，以實(shí)現(xiàn)高精度捷聯(lián)單軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)為目標(biāo)，根據(jù)定位參數(shù)誤差表達(dá)式，確定了滿足定位精度要求的光纖陀螺誤差指標(biāo)，仿真驗(yàn)證單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)定位參數(shù)誤差表達(dá)式的正確性，以及誤差指標(biāo)分析方案的可行性。
　　 設(shè)計(jì)一種高精密溫度控制系統(tǒng)，給出溫度控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案；以鉑電阻為測(cè)溫元件，采用恒流源測(cè)溫電橋，提出一種溫度解算方法；以半導(dǎo)體制冷器為溫度控制元件，在-10～50℃環(huán)境溫度內(nèi)，為

5、光纖陀螺提供穩(wěn)定在28～35℃間的工作溫度，提出了根據(jù)半導(dǎo)體制冷器工況合理選擇制冷器型號(hào)的方法；通過(guò)實(shí)驗(yàn)法建立溫控系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整PID控制器參數(shù)的半導(dǎo)體制冷器控制方案，引入環(huán)境溫度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)；采用溫箱考核實(shí)驗(yàn)和陀螺漂移測(cè)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證溫控系統(tǒng)以及采用溫控時(shí)光纖陀螺的工作精度。
　　 分析單軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)常值漂移調(diào)制效果，以完全補(bǔ)償常值漂移為目的，提出設(shè)計(jì)雙軸旋轉(zhuǎn)方案應(yīng)該遵循的原則；推導(dǎo)雙軸旋轉(zhuǎn)對(duì)標(biāo)度因

6、數(shù)誤差調(diào)制效果表達(dá)式，提出建立標(biāo)度因數(shù)誤差引起的角速度誤差表達(dá)式遵循的原則；根據(jù)設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)八位置雙軸旋轉(zhuǎn)方案，對(duì)方案補(bǔ)償慣性元件誤差的效果進(jìn)行驗(yàn)證；確定雙軸旋轉(zhuǎn)方案關(guān)鍵指標(biāo)(系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時(shí)間、停止時(shí)間和旋轉(zhuǎn)周期)對(duì)系統(tǒng)定位精度的影響，建立雙軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中常值漂移激勵(lì)的定位參數(shù)誤差表達(dá)式，提出根據(jù)定位誤差表達(dá)式對(duì)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行定量分析的方法；通過(guò)仿真驗(yàn)證了，根據(jù)設(shè)計(jì)原則確定雙軸旋轉(zhuǎn)方案的可行性，以及優(yōu)化關(guān)鍵指標(biāo)可以有效改善旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的定位精