基于光纤陀螺的寻北系统关键技术研究

【摘要】陀螺寻北仪可以全天候、自主、快速地提供方位基准,在军事和民用领域都有着非常重要的应用价值。基于萨格奈克效应的光纤陀螺是一种全固态的惯性仪表,与传统机电陀螺相比有很大的优越性,在惯性领域得到了越来越广泛的应用。论文以高精度的光纤陀螺寻北系统为研究目标,在对光纤陀螺输出特性、寻北原理进行理论分析和实验研究基础上,深入探讨了光纤陀螺寻北系统的关键技术问题。从提高寻北系统精度的实际需求出发,在寻北方案、误差分析、系统设计、数据处理等方面展开了广泛而深入的研究。论文的主要工作和创新如下：1.建立了光纤陀螺随机误差模型和输出漂移模型。在深入研究了光纤陀螺随机噪声来源及特性的基础上,引入了Allan方差分析方法对光纤陀螺的随机噪声进行分析,建立了光纤陀螺随机误差模型。提出了使用时间序列分析对随机漂移进行建模的方法,使用卡尔曼滤波方法对建立的模型进行了滤波,达到了减小随机噪声的效果。2.建立了光纤陀螺静态寻北方案和连续旋转寻北方案的理论模型。提出了静态四位置寻北方案的改进,提出了基于相关函数调制和基于相位差这两种连续旋转方案的解算方法,建立了静态方案的倾斜补偿寻北模型。3.建立了光纤陀螺寻北系统误差模型。推导了光纤陀螺寻北系统中存在的漂移误差、安装误差、转位误差、倾斜角测量误差、纬度误差等各主要误差项对寻北精度的影响,提出了估计寻北系统误差的方法。4.提出了光纤陀螺寻北系统的总体结构,并进行了软硬件的设计和实现。在光纤陀螺寻北系统的实现过程中,提出了基于模糊自整定PID算法的转位控制系统,有效地提高了转位精度。对寻北系统进行了测试,得到了各寻北方案在不同实验条件下的性能指标。5.提出了将粒子滤波方法应用于寻北系统的方案。该滤波方案能够有效地减小陀螺漂移和一些随机噪声对寻北精度的影响,提高寻北系统的精度。分别设计了两种粒子滤波器并对四位置寻北进行了实验,与基于系统重采样的粒子滤波相比,基于MCMC算法的粒子滤波可以达到更好的效果。6.研究了基座扰动对寻北系统性能的影响和解决方法,提出了将小波滤波应用于基座扰动寻北处理的方案。小波滤波能有效滤除基座扰动产生的高频干扰；对于冲击脉冲干扰,提出了对小波滤波的结果进行分段加权处理的方法。
【作者】段苛苛；
【导师】李邓化；
【作者基本信息】北京交通大学，电路与系统，2014，博士
【关键词】光纤陀螺；寻北仪；寻北方案；误差分析；滤波技术；基座扰动；

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