131609字博士毕业论文基于光纤陀螺的寻北系统核心技术研究
论文类型：博士毕业论文
论文字数：131609字
论点：陀螺,光纤,基座
论文概述：
本文是博士学位论文，从提高光纤陀螺寻北系统精度的实际需求出发，在寻北方案、系统设计、数据处理等方面展开研究。
论文正文：
1简介
惯性技术是一种多学科综合技术，它利用牛顿经典力学，结合现代物理学原理。它的出现和应用为开发一种独立而精确的方向指示器——惯性寻北系统提供了可能性。陀螺寻北仪(Gyro North Finder)是一种利用陀螺仪惯性原理实现自主寻北仪的仪器。它是惯性技术的重要组成部分。它可以不受自然条件的限制，实现全天候、全方位、自主、快速的测向。同时，它具有精度高、连续工作时间长等优点，具有非常广阔的应用前景。在军事领域，陀螺寻北仪是现代信息战中保证武器系统快速、机动、准确攻击的重要保障技术之一。因此，世界上许多发达国家在发展高性能战略战术武器的同时，投入了大量的人力和物力研究和开发高精度、快速寻北系统。陀螺仪寻北仪不仅在军事应用中有越来越多的要求，而且其应用也在不断扩展。它在危险道路建设、采矿、大地测量、资源调查等民用领域也显示出越来越广阔的应用前景。
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2光纤陀螺原理及随机噪声建模与滤波研究
2.1光纤陀螺原理及性能指标
在理想状态下，光纤陀螺的输出数据可以实时反映当前输入角速度。但是在实际使用过程中，由于光纤陀螺内部元件的误差和外部环境的干扰等因素，光纤陀螺的输出会与干扰和噪声混合，导致光纤陀螺输出的随机漂移。光纤陀螺输出随机漂移的存在直接影响光纤陀螺的精度，进而影响寻北系统的性能。因此，在对光纤陀螺寻北系统进行研究之前，有必要对光纤陀螺的输出特性和噪声干扰进行深入研究。本章介绍了光纤陀螺的工作原理、结构组成和性能指标，深入分析了光纤陀螺的噪声源，并在此基础上建立了光纤陀螺随机噪声模型。建立了光纤陀螺的输出模型，采用卡尔曼滤波方法对光纤陀螺的输出漂移进行滤波。
2.2光纤陀螺的噪声分析与建模
光纤陀螺具有速率积分的特点。这种误差被称为光纤陀螺的角度随机游走。角随机游走的主要来源是光源的相对强度噪声、探测器的电噪声和散粒噪声、相关时间比采样时间短的其他高频噪声项、光纤陀螺中的二阶反向散射等。角随机行走的带宽在大多数姿态控制系统的带宽之内，是限制姿态控制系统性能的主要误差。速率斜坡是光纤陀螺测试数据的趋势漂移，本质上是一个确定误差。可能的原因包括:光纤陀螺光源强度的变化，探测器放大器电路的电子漂移，以及环境条件引起的输出单向缓慢变化。测试平台也有可能在某个方向上保持轻微加速。量化噪声是由全数字闭环光纤陀螺信号处理中模数和数模转换器的特性引起的，代表了光纤陀螺的最低分辨率水平。噪声的大小与初始采样时间的选择和数据采集系统的精度等因素有关。量化噪声的互相关时间短，对一般光纤陀螺应用影响小。然而，在一些需要快速响应的应用系统中，量化噪声可能成为主要的误差源。
3光纤陀螺寻北方案研究.........37
3.1寻北相关坐标系及转换.......37
3.2光纤陀螺寻北原理.......39
4光纤陀螺寻北系统误差研究........55
4.1静态误差........55
4.2静态误差仿真分析.......60
5光纤陀螺寻北系统的设计与实现...65
5.1单轴光纤陀螺寻北系统的总体组成.........65
5.2传感器模块的硬件组成与设计.......66
8扰动下寻北处理技术研究基地
[/ Br/]8.1基地扰动对寻北的影响
在实际工作环境中，基地扰动的来源主要包括阵风、地基沉降、发动机振动、人员移动等。其中，阵风引起的扰动与基座结构有关，不同的基座对风扰动有不同的响应。基础沉降将导致基础倾斜，从而造成近似恒定值的干扰。低频干扰通常是由人员行走引起的。车辆发动机的振动会对胃部造成高频干扰。可以看出，在实际应用中，基座的扰动相当复杂。FOG将对基座运动产生的倾斜和角加速度直接敏感，这些信号将被添加到FOG的输出信号中。由于基座运动的复杂性和多样性，很难做出明确的分析。本节以基座运动引起的平台角振动为例，分析基座扰动引起的寻北误差。假设基座运动使得载体和横向辊的俯仰轴以相同的频率和不同的相位振动。
8.2基底扰动处理方法
光纤陀螺是测量角速度的敏感元件。当扰动存在时，它将同时感应地球的旋转角速度和扰动角速度。由于光纤陀螺的输出是低频信号，所以可以通过低通滤波对高频信号进行有效滤波。然而，低频干扰接近陀螺仪的输出频率，难以区分，经常对测试精度造成很大干扰。加速度计只检测输入轴方向的线性加速度。因此，为了消除恒定低频干扰的影响，加速度计可以用来补偿陀螺输出信号，以消除低频干扰的影响。在实际应用中，这种补偿方法的精度受到加速度计精度的影响。同时，加速度计将检测平移运动，同时检测角运动。因此，该方法需要平衡扰动引起的寻北误差和加速度计补偿引起的寻北误差。
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9结论
从提高光纤陀螺寻北系统精度的实际要求出发，从寻北方案、系统设计、数据处理等方面进行了研究。本文的主要研究内容和结论如下:
1。研究光纤陀螺输出的随机漂移。光纤陀螺输出噪声的主要来源是角度随机游走、零偏不稳定性、速率斜坡、量化噪声和速率随机游走。引入方差分析法，建立光纤陀螺随机误差模型，分析各误差的发生位置和特点。通过对光纤陀螺输出序列的检验，得出光纤陀螺静态输出漂移满足一阶差分后的平稳性的结论。该模型用于对光纤陀螺进行建模。根据建立的模型，采用卡尔曼滤波方法对光纤陀螺的随机漂移进行滤波，从而有效降低陀螺的输出漂移。
2。光纤陀螺寻北方案的研究。光纤陀螺地-北方案分为静态和连续旋转方案。静态方案在两个位置、三个位置、四个位置和多个位置实施。通过理论分析，静态方案的精度主要受陀螺漂移的限制。连续旋转方案周期性调制陀螺漂移，可以提高寻北精度，但需要稳定、高精度的分度装置。在研究各种寻北方案的基础上，对静态四位置方案进行了改进。提出了两种求解连续旋转方案的方法。
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参考文献(省略)