光纤陀螺寻北仪多位置寻北误差分析

在建立光纤陀螺(FOG)寻北仪误差模型和FOG误差模型的基础上,从理论上分析了FOG和加速度计的零偏、FOG零漂、地速和地磁场随方位的变化等对FOG、FOG寻北仪的影响以及FOG寻北仪产生多位置寻北误差的原因,并提出了减小多位置寻北误差的方法。最后,在FOG寻北仪中进行了实验,实验证明了理论分析的正确性和所采用的方法的有效性。

二位置光纤陀螺寻北仪方案设计及验证

本文介绍了光纤陀螺寻北仪的基本原理,针对二位置旋转180°寻北方案无法判断北向夹角偏东或者偏西的问题,设计了一种二位置旋转90°方案的光纤陀螺寻北仪,推导出了光纤陀螺寻北仪在转台倾斜时的寻北误差补偿公式。通过实验测得了光纤陀螺寻北仪在不同倾斜角下的寻北精度,结果显示:所设计的光纤陀螺寻北仪寻北时间为3min,转台倾斜角在0~30°范围内,寻北精度可以达到9.05~32.16’。

寻北仪中光纤陀螺斜坡漂移估计与比较

寻北仪中光纤陀螺信号中的斜坡漂移是影响寻北精度的因素之一。对信号中的斜坡漂移部分,采用抗差估计拟合其系数再对其进行补偿;对信号中残留的噪声项以及干扰项,在不同情况下比较了直接平均、抗差估计和小波滤波三种方法的处理效果。算例结果表明:对信号中的斜坡漂移进行补偿,可以显著提高寻北精度;当无异常干扰时,采用小波滤波效果较好;当有异常干扰时,采用抗差估计效果较好。

陀螺寻北仪中测量信号的在线建模与滤波

针对光纤陀螺寻北仪中光纤陀螺(FOG)和加速度计的随机误差,采用改进型二阶自回归AR(2)模型,在线建立了光纤陀螺和加速度计随机误差模型。根据该模型,建立了FOG陀螺寻北仪的12阶Kalman滤波器,实现了两个FOG和两个加速度计测量信号在寻北过程中的实时滤波。仿真、Allan方差分析与寻北试验结果表明:FOG信号中随机游走、零偏不稳定性、变化率随机游走、变化率斜坡和量化噪声五项噪声源误差系数都小于滤波前的二分之一;在减小光纤陀螺和加速度计测量信号中的随机误差,提高其精度的同时,FOG寻北仪的寻北误差减小了0.3 mil。

双轴倾角传感器的设计与实现

光纤陀螺(FOG)寻北仪是利用FOG在相对地球静止时感测到的地球自转角速率在光轴上的分量特性而设计的寻北系统。固定陀螺的基座不水平时,对寻北精度会产生较大的影响。为了检测基座平面的姿态角,并对陀螺的输出值进行补偿,研制了高精度的双轴倾角传感器。该倾角传感器采用双轴石英挠性加速度计作为检测元件,通过采样加速度计在相差180°的2个方向上的输出值,精确地解算出基座平面的姿态角,并消除了加速度计偏值的影响。系统简单,容易实现,且达到了较高的测角精度。