半球谐振陀螺仪的误差机理分析和实验方法的研究
半球谐振陀螺是一种新型高精度、高可靠性的惯导级固态陀螺,除了具有体积小、重量轻、功耗低、不用温度补偿、启动快、抗干扰能力强等优点外，还可以连续工作15年以上并保持所要求的性能,非常适合在卫星、空间飞行器等空间领域中使用。本文对半球谐振陀螺固有频率裂解的误差机理，性能参数的测试方法，随机误差以及连续寻北实验进行了研究。 首先，在基希霍夫-李雅夫假设的条件下，从薄壳理论出发，推导了半球谐振子上任一点的应变；通过对半球薄壳单元的应力分析建立了力和力矩平衡方程；在陀螺仪存在三轴角速率和三轴角加速度的情况下，计算了惯性力，建立了半球谐振子的边缘运动方程；当谐振子处于自由振动的情况下，建立了半球谐振子二阶固有振型的动力学方程。研究了厚度不均匀性引起的固有频率裂解的误差机理，给出了这个误差产生的陀螺漂移速率的表达式，指出了克服这项误差的方法。 其次，研究半球谐振陀螺基本性能参数的测试方法。根据性能参数的定义，设计了陀螺的零偏、阈值和分辨力、标度因子有关的参数、失准角的测试方法。通过计算这些性能指标，找出了标度因子非线性度、不对称性产生的部分原因。 最后，采用时间序列分析方法建立了半球谐振陀螺的随机误差模型。用Kalman滤波对随机信号进行处理，比较滤波前后Allan方差的五个噪声系数的变化情况，并与小波滤波的结果进行比较，结果表明：Kalman滤波能够整体减小五个噪声项，而小波滤波对量化噪声和角度随机游走系数减小的程度更大一些。 根据连续寻北的工作原理，建立连续寻北的数学模型，并对影响寻北精度的几个因素进行了误差分析。分别采用最小二乘寻北解算方法和Kalman滤波直接进行寻北解算方法对连续寻北的实验数据进行处理，结果表明考虑陀螺随机误差模型的Kalman滤波直接寻北解算方法的寻北精度更高一些。
半球谐振陀螺仪;误差机理;惯性导航系统;时间序列分析;Kalman滤波
哈尔滨工业大学
硕士
控制科学与工程
任顺清
2009
中文
V241.5
86
2013-03-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）