捷联式陀螺寻北仪误差分析与试验研究

对产生捷联式挠性陀螺寻北仪误差的主要因素进行了分析。试验结果表明 :水平姿态角较大时 ,与重力加速度的一次项有关的陀螺漂移是产生寻北误差的主要原因之一 ;应用椭圆低通滤波器对陀螺仪输出信号进行处理 。

陀螺寻北仪二位置寻北方案

讨论了挠性陀螺寻北仪二位置寻北方案。二位置寻北方案是利用陀螺仪敏感在相差180°的两个方向上的地球自转角速率分量,准确解算出地理真北方向与陀螺轴向的交角,从而实现寻北的方案。该方案利用转位对消了陀螺的常值漂移,因此,大大降低了对陀螺精度的要求,已经成功的应用于我所研制的CFN系列寻北仪中。实践证明:对于双轴陀螺采用二位置寻北方案易于实现,精度较高。

连续旋转式寻北仪的寻北算法及信号处理

研究一种连续旋转式寻北仪.推导了该寻北仪在无姿态下的寻北解算公式.为了提高系统的寻北精度,对其干扰源进行了分析,采集了陀螺和加速度计的信号,根据其信号特点提出了基于快速傅里叶变换(FFT)的滤波方法,应用该方法对陀螺单次寻北数据进行了滤波,并与原始数据作了比较.在此基础上提出了对多次寻北结果采用多周期平均的数据处理方法.实验结果表明,系统在精确调平状态下寻北340s即可达到0.0083°的寻北精度.

旋转调制式寻北仪滤波技术研究

研究用机械旋转和数字滤波的方法提高寻北仪精度.利用连续恒速旋转方法对陀螺信号进行调制,用积分方法进行解调,以抑制陀螺常值漂移、漂移趋势项和刻度因数误差对寻北精度的影响,用设计的低通滤波器对含有随机漂移和系统干扰的陀螺信号进行滤波.实验结果表明这两种措施可有效提高寻北仪方位角估计精度.

光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案

介绍了光纤陀螺寻北的基本原理,分析了基座的倾斜误差对寻北精度的影响。基座平面绕垂直于陀螺轴的倾角将直接引起一个同样量级的方位角测量误差,从而在较大程度上影响寻北精度。基座平面绕陀螺轴的倾角对方位角测量的影响小,在一些寻北精度要求不高的场合,可以忽略该倾角的影响。最后介绍了光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案。二位置寻北方案利用光纤陀螺对相差180°的两个方向上的地球自转角速率水平分量的敏感,精确地解算出地理真北方向与陀螺轴向的夹角。系统简单,比较容易实现。

单轴光纤陀螺寻北仪

光纤陀螺寻北仪采用单光纤陀螺和双加速度计组合技术方案,通过二位置法测量消除了光纤陀螺的常值漂移和加速度计偏值的影响。通过增加一个从初始位置逆时针旋转90°的采样位置,实现了全方位寻北。为了消除静基座寻北时基座扰动对寻北精度的影响,基于抗差估计理论采用了高崩溃污染率的初值辅以IGGⅢ方案迭代解算的混合新算法。系统简单,容易实现且性能稳定。测试结果显示在5min之内寻北精度小于3′。

基于光纤陀螺的捷联寻北仪误差分析

光纤陀螺寻北仪的静态误差包括陀螺误差、倾斜角测量误差、安装误差、转位控制误差、物理量(纬度、地球重力加速度)误差等。分析各种误差对四位置寻北精度的影响机理,重点详细推导误差模型,并进行仿真验证。仿真结果表明:陀螺精度对寻北精度的影响最大;转位误差和安装误差的影响大于倾斜角测量误差影响,纬度误差影响最小;同时,除安装误差外,其他误差对寻北精度影响的大小都随纬度的增高而增大。在对各种误差深入分析的基础上,指出提高寻北精度的可行性方案,为高精度光纤陀螺寻北仪的研制提供了理论基础。

二位置陀螺寻北仪静态误差分析

对二位置寻北仪的静态误差源进行了详细的讨论 ,给出了一种寻北仪静态误差分析方法 ,并得出在各误差源作用下的误差模型。分析表明 ,由于几种典型的误差源产生的寻北误差与方位角的三角函数成正比或为常值 ,有较强的规律性。

正交检测技术在光纤陀螺寻北仪中的应用

寻北仪在军事和民用等领域发挥着重要的作用,为了短时间内提供载体航向信息,设计了一种动态捷联式寻北仪。系统主要由一个单轴光纤陀螺、一个石英加速度计和一个旋转平台组成。在静基座条件下,使旋转平台绕垂直轴恒速单向旋转,通过对陀螺和加速度计输出数据的动态特性进行分析,设计了基于正交检测技术的快速寻北方案,能有效抑制惯性元件的漂移噪声,并且旋转平台可以免去复杂的调整水平过程。仿真结果表明,寻北仪转速设置为3(°)/s,在120 s内给出载体航向信息,精度优于30″,同时也能输出一定精度的水平姿态信息。

捷联寻北仪方位角误差分析

应用捷联惯导系统的基本理论研究了动力调谐陀螺寻北仪在有姿态时,由于坐标不一致性和纬度的计算误差引入的寻北误差,为全方位补偿和姿态补偿提供了理论探索。仿真和实际系统结果表明,由方位角引起的方位角误差与纬度及姿态有关。

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。

二位置陀螺寻北仪及转位误差分析

文章介绍了二位置陀螺寻北仪工作过程及算法原理,它采用陀螺仪在相差180°的两点上采样相互对消陀螺常值漂移的方法,提高寻北精度;其突出特点是结构简单,实现方便,精度较好;为了提高寻北精度和缩短寻北时间,文章找出误差源中的转位误差,并分析了转位误差对寻北误差的影响,推导了误差公式,得出转位误差引起的寻北误差是一个常量的结论,同时提出了转位误差的测量与补偿方法。

基于动调陀螺的多位置捷联寻北仪研制

为了提高大型光电跟踪设备和惯性导航设备自主定向的性能,根据动调陀螺的工作原理,设计了一种多位置捷联寻北仪。针对多位置捷联寻北系统的数学模型,采用改进的最小二乘拟合算法,对正弦曲线进行参数估计,解算出北向方位角。寻北仪主要由精密位置转台及转位控制系统、惯性测量系统、温度控制系统、数据采集与处理系统及其它配套部件组成。综合考虑寻北时间和寻北精度两个技术指标,进行了时间模式和精度模式的研究和实验。在时间模式下,当寻北精度为35.4″时,寻北时间仅为4.5 min;在精度模式下,当寻北时间为9 min时,寻北精度可达到23.9″。这两项指标均高于国内同类产品。

小波去噪技术在捷联寻北仪中的应用

为了提高捷联寻北仪在动态干扰下的精度,采用小波去噪法对寻北仪的原始输出信号进行处理.通过对多尺度下信号的小波变换系数及模极大值的跟踪,发现有用信号为平稳信号,而干扰信号的模极大值并不都随尺度的增加而减少,因此提出模极大值与软阈值相结合的方法.对随尺度增大的模极大值用其左右相邻几个非模极大值平均值替代,滤去李氏指数大于0的干扰信号;对李氏指数小于0的噪声采用软阈值法去噪.该方法可使寻北精度达到1mrad.

光纤陀螺寻北仪误差系统分析

为了提高光纤陀螺(FOG)寻北仪的精度,从陀螺仪平台调平误差、基座不稳定产生的误差、光纤陀螺(FOG)的漂移、陀螺仪转位误差等出发,对影响光纤陀螺寻北仪的因素进行了系统全面地分析,并进行相应的补偿,消除了大部分的误差因素,理论上能使寻北仪精度得到显著地提高。

用于改善捷联寻北仪抗动态干扰能力的小波消噪法

文章基于小波变换的消噪原理,结合待测信号的特点,创造性地提出一种适用于捷联寻北仪的小波消噪法。由于陀螺和加速度计输出的有用信号为平稳信号,不存在能被小波检测出的奇异性,因此对李氏指数大于零的干扰,用模极大值进行检测,并把模极大值用其左右相邻的几个非模极大值的平均值替代,滤去干扰;对李氏指数小于零的干扰采用软阈值法滤噪。该方法可显著提高捷联寻北仪抗动态干扰的能力。

小波域中值滤波器在陀螺寻北仪中的应用

研究了利用小波变换消除陀螺干扰漂移的方法.通过对陀螺寻北仪两位置寻北方案的分析,表明陀螺随机干扰信号是影响系统精度的主要误差源.为此将中值滤波与小波阈值去噪相结合构造了小波域中值滤波器,并应用于陀螺数据处理中.寻北试验结果表明,该滤波器在有效对白噪声滤波的同时也能较好地去除脉冲噪声,与传统的去噪方法相比,寻北精度提高20%,对陀螺各种干扰信号具有很好的抑制作用.

数字信号处理技术在陀螺多位置寻北仪中的应用

在分析陀螺多位值寻北仪工作原理的基础上,采用求平均值和数字滤波处理陀螺输出数据,并比较了寻北结果重复性。试验表明:数字滤波后寻北精度明显提高。为进一步提高寻北精度,比较了数字滤波、AR(2)模型、小波滤波和Kalman 滤波四种信号处理方法。结果表明:数字滤波、AR(2)模型和小波滤波均可以提高陀螺输出信号重复性,小波尺度重构出来的信号方差比原始信号方差降低一个数量级,Kalman 滤波器使陀螺输出重复性提高30 倍。由于这些方法使陀螺输出更加平稳,因而有利于提高指北仪最终寻北精度。

光纤陀螺寻北仪四位置转位机构设计及其控制

光纤陀螺(FOG)寻北仪利用光纤陀螺敏感地球自转角速率的水平分量,经解算获得载体参考轴与北向的夹角。转位控制方案设计是寻北仪系统设计中一个极其重要的环节,转位机构的转位精度必须满足寻北的精度要求。该文详细介绍了光纤陀螺寻北仪转位机构设计、实现途径以及对寻北精度的影响。实验证实采用多位置转位机构达到了系统寻北的精度要求。

基于动调陀螺的多位置寻北仪的转位误差分析

针对实验过程中转台在每个转位处存在的转位误差对系统寻北精度的影响,介绍了动调陀螺多位置寻北仪的工作过程及真北解算原理,进行了转位误差对寻北精度影响的误差分析。运用误差理论和偏导数原理,推导出转位误差与寻北误差二者之间的关系模型。理论分析及实验结果表明,在相同寻北位置数的情况下,转位误差越小寻北精度越高;同时在一定的转位误差时,寻北位置数越多则寻北精度越高。根据理论分析,提出了两种不同的误差补偿方法。