单敏感方向惯性组合双轴转动机构整体标定方法研究

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技术的进步总是和社会的发展密不可分的,社会的发展促进技术的提升,技术又反哺于社会,为社会提供极大的方便。在当今的生活中,惯性导航技术广泛应用于车辆、舰船、飞机、导弹、卫星、宇宙飞行器甚至小型设备(PDA,智能手机)等各种平台上,其在民用和军事等重要领域发挥着不可替代的作用。为了提高导航精度,常规的方法是从加工、工艺和材料等方面着手,但从当今的制作技术上来看已经到达瓶颈,所以需要从惯性仪表,即陀螺仪和加速度计的标定精度上进行提升。基于此,研究标定技术是提高导航精度的一种重要手段,也是当今导航技术研究的热点。由于目前惯性仪表误差模型的建立大多未涉及高次项误差模型系数,使得试验开展只停留在重力场静态多位置标定或三轴转台低速测试,未能满足在高动态工作环境下惯性仪表的输出精度要求。同时,系统误差及测试设备误差对于惯性仪表标定精度的影响研究也不够深入;且现有的参数辨识算法的精度有限,未考虑优化试验过程。基于上述研究现状,选择双轴可高速转动机构为标定设备,能够提供远大于1g的向心力加速度输入,充分激励其高次项误差系数;同时消除标定陀螺仪时产生的牵连运动;研究惯性组合的整体标定方法,建立惯性仪表含高次项系数的误差模型,从标定原理上研究测试设备误差的抑制方法,通过设计多组合位置实现对于惯性组合标定,进而分析系统误差和测试设备对于误差模型系数的影响大小。使用已有的仿真实验手段来分析可行性,设计进行位置编排,从而进一步研究有效的辨识算法,优化试验方案并且能够最大程度上提高标定精度,进而进一步提高相应惯导系统的导航精度。目前,已有文献分别对于常见惯性组合中三个加速度计或三个陀螺仪离心机组合标定方法进行了研究。但是未见惯性组合中两种仪表同时应用离心机标定的研究,特别是对于高次项系数的标定更是鲜有研究。为探索惯性组合整体标定方法,本文拟从对惯性组合的单一敏感方向入手,对于组合中单方向敏感的陀螺仪和加速度计进行标定研究,选用双轴转动机构(离心机)作为标定设备,进行拟合法的整体标定研究,设计多个位置法标定过程,分别针对三种不同位置下(十二位置、十六位置、二十位置)的标定过程进行方案设计,并且对比分析了三种多个位置标定情况下的精度。仿真验证了该标定方法的可行性和有效性,重点分析了离心机误差在不同多个位置组合编排下对于各误差模型系数标定精度的影响大小,给出了在标定过程中对于系数标定精度影响较大的离心机误差,在实际标定实验中考虑补偿以消除影响。本文的研究成果将为后续实现研究惯性组合中三加速度计、三陀螺仪的同时标定奠定基础,进而为实现提高惯性导航系统的导航精度做出一定的贡献。
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