国防科学技术大学惯性技术实验室优秀博士学位论文丛书 基于旋转调制的高精度激光陀螺寻北仪误差建模与补偿方法研究
作者： 张岩 等著
出版时间：2017年版
丛编项： 国防科学技术大学惯性技术实验室优秀博士学位论文丛书
内容简介
　　高精度寻北仪技术研究对于发展我国陆用武器装备具有重要意义。随着激光陀螺生产技术的日渐成熟，采用激光陀螺研制高精度寻北仪成为可能。理论上，速率偏频激光陀螺寻北仪可消除抖动偏频激光陀螺频繁过锁区所产生的随机游走误差的影响，大幅度提高寻北精度。
　　《基于旋转调制的高精度激光陀螺寻北仪误差建模与补偿方法研究》针对速率偏频激光陀螺寻北仪系统，对其误差传播特性、误差建模与补偿方法和寻北算法等进行了深入探讨，提出了基于单方向连续旋转的旋转调制式速率偏频激光陀螺寻北仪实现方案，避免了转动机构旋转换向引入的动态误差。针对单陀螺、三陀螺、双陀螺三种不同配置的速率偏频激光陀螺寻北仪方案，研究了激光陀螺测量误差、加速度计测量误差、转台测量误差和安装误差等误差因素对寻北误差的影响；通过对寻北仪主要器件测量误差特性的研究和分析，指出了寻北算法需要解决的主要问题。针对单陀螺速率偏频激光陀螺寻北仪，从激光陀螺测量误差、转台测角误差和转台台面倾斜等方面对寻北算法进行了系统的研究和分析，提出了基于低通滤波与旋转调制相位测量的寻北算法。基于速率偏频激光陀螺测量误差特性，建立了等效标度因数误差模型及其补偿方法；针对转台测角误差，分析了测角周期性误差和随机误差对寻北精度的影响；针对寻北仪实际工作时的转台台面倾斜情况，对台面倾斜引起的寻北误差进行了研究，得到了寻北误差与寻北仪姿态角的定量关系表达式。通过寻北误差方程揭示出各误差因素在寻北误差中的传播特性，提出了误差分配方法，对不同精度寻北仪需求的器件选择具有一定的指导意义。通过单位置寻北和多位置寻北实验，对寻北算法和误差分析的结论进行了实验验证。
目录
第1章 绪论
1．1 背景及意义
1．1．1 高精度寻北仪技术背景及意义
1．1．2 寻北仪研究现状
1．2 激光陀螺寻北仪技术研究进展
1．2．1 解析式陀螺寻北仪技术
1．2．2 捷联惯导系统初始对准技术
1．2．3 旋转调制技术
1．2．4 速率偏频激光陀螺
1．3 本书的研究内容、组织结构

第2章 寻北仪误差传播及器件误差特性分析
2．1 旋转调制式速率偏频激光陀螺寻北仪实现原理
2．1．1 激光陀螺工作原理概述
2．1．2 旋转调制式激光陀螺寻北仪实现原理
2．2 单陀螺速率偏频激光陀螺寻北仪方案及误差传播分析
2．2．1 单陀螺速率偏频激光陀螺寻北仪方案
2．2．2 单陀螺速率偏频激光陀螺寻北仪误差传播分析
2．3 三陀螺速率偏频激光陀螺捷联寻北系统方案及误差传播分析
2．3．1 三陀螺速率偏频激光陀螺捷联寻北系统方案
2．3．2 三陀螺速率偏频激光陀螺捷联寻北系统误差传播分析
2．4 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统方案及误差传播分析
2．4．1 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统方案
2．4．2 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统误差传播分析
2．5 寻北仪主要器件误差特性分析
2．5．1 速率偏频激光陀螺误差特性分析
2．5．2 石英挠性加速度计误差特性分析
2．5．3 单轴转台误差特性分析
2．6 本章小结

第3章 单陀螺速率偏频激光陀螺寻北仪算法研究
3．1 转台台面严格水平情况下的寻北算法
3．1．1 寻北原理
3．1．2 速率偏频激光陀螺测量误差分析与误差补偿方法
3．1．3 转台测角误差建模与补偿方法
3．1．4 转台台面严格水平情况下的寻北算法描述
3．1．5 算法误差传播特性及精度分析
3．2 转台台面倾斜情况下的寻北算法
3．2．1 寻北原理
3．2．2 滚动角和俯仰角的计算方法
3．2．3 地球自转角速度矢量在转台台面中投影角度的计算方法
3．2．4 转台台面倾斜情况下的寻北算法描述
3．3 寻北误差传播特性及算法精度分析
3．3．1 转台台面倾斜引起的寻北误差特性分析
3．3．2 寻北算法精度分析
3．3．3 台面倾斜对激光陀螺标度因数补偿方法的影响
3．4 寻北实验验证
3．4．1 激光陀螺实测信号分析
3．4．2 单位置寻北实验
3．4．3 多位置寻北实验
3．5 本章小结

第4章 三陀螺速率偏频激光陀螺捷联寻北系统算法研究
4．1 寻北系统标定方法
4．1．1 IMU标定方法
4．1．2 IMU与转台安装关系矩阵标定方法
4．1．3 转台角度标定方法
4．1．4 真北方向标定方法
4．1．5 速率偏频激光陀螺参数标定方法
4．2 旋转调制情况下捷联惯导系统初始对准算法的实验验证
4．2．1 旋转调制情况下的捷联惯导系统初始对准算法
4．2．2 机械抖动激光陀螺捷联惯导系统初始对准实验验证与分析
4．3 基于运动信息的惯性器件误差建模补偿方法及寻北算法
4．3．1 速率偏频激光陀螺等效标度因数误差建模与补偿方法
4．3．2 加速度计等效零偏误差建模与补偿方法
4．3．3 系统状态方程降维设计
4．3．4 三陀螺速率偏频激光陀螺捷联寻北系统算法描述
4．3．5 寻北系统误差影响及算法精度分析
4．4 寻北实验验证
4．4．1 寻北系统单次实验
4．4．2 单位置寻北实验
4．4．3 多位置寻北实验
4．5 本章小结

第5章 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统算法研究
5．1 静基座条件下虚拟陀螺的构建原理
5．2 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统算法实现与精度分析
5．2．1 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统设计
5．2．2 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统算法实现
5．2．3 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统算法精度分析
5．3 寻北实验验证
5．3．1 基于虚拟陀螺原理的双陀螺寻北系统单次实验
5．3．2 单位置寻北实验
5．3．3 多位置寻北实验
5．4 虚拟陀螺敏感轴方向改变对双陀螺寻北系统的影响
5．5 本章小结

第6章 激光陀螺寻北仪环境适应性实验研究
6．1 阵风扰动环境寻北实验
6．1．1 阵风扰动情况激光陀螺测量误差特性
6．1．2 单陀螺速率偏频激光陀螺寻北仪实验及精度分析
6．1．3 三陀螺捷联寻北系统实验及精度分析
6．1．4 双陀螺寻北系统实验及精度分析
6．2 车载扰动环境寻北实验
6．2．1 车载扰动情况激光陀螺误差特性
6．2．2 三陀螺捷联寻北系统实验及精度分析
6．3 不同温度环境寻北实验
6．4 本章小结

第7章 结论与展望
7．1 总结
7．2 研究展望

参考文献