双轴连续旋转的光纤陀螺捷联陨导误差分析

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1、第18卷第5期载人航天VoI．18No．52012年9月MannedSpaceflight45双轴连续旋转的光纤陀螺捷联导误差分析柳明，一，王海军，一，常国宾(1山东省高校航空信息与控制技术重点实验室(滨州学院)，滨州256603；2滨州学院航空信息技术研发中心，滨州256603；3海军工程大学电气与信息工程学院，武汉430033)摘要系统级旋转自补偿技术能使捷联惯性导航系统的误差发散得到一定程度的抑制，这是在元件精度水平不变的情况下提高系统精度的有效方法。将双轴连续旋转自补偿技术引入到捷联式惯性导航系统的方案设计中，对系统误差特性进行分析，计

2、算机仿真试验验证可较好抑制元件常值漂移和缓变漂移，而对元件随机噪声引起的系统误差不存在调制效果；由于安装误差和刻度系数误差与栽体角速度耦合，它们在动态条件下带来的系统误差调制效果不明显。关键词光纤陀螺仪；捷联惯导；双轴连续旋转；误差分析中图分类号：V448．2U666．12文献标识码：A文章编号：1674-5825(2012)05-0045-06于光纤陀螺没有力矩器，若要进行元件级自补偿，则1引言需要为陀螺外加旋转壳体，且需要4个陀螺，成本将在惯性导航领域的相关研究中，捷联惯导的自增加。所以光纤陀螺导航系统一般采用系统级旋转补偿技术一直是研究的

3、热点。惯导自补偿技术是指自补偿技术。为了改变元件的工作方式而人为地引入某种运动，美国研制用于战略核潜艇的新一代光纤陀螺导此运动的效果相当于通讯系统中的幅值调制技术，航仪即采用了系统级旋转自补偿技术。该系统采用慢变的元件误差被调制后，在导航系统的解算过程当地地理坐标系编排，在跟踪地理水平的基础上引中通过积分被减弱，从而使系统精度得到提高”。自入双轴连续旋转技术来抑制元件低频误差的影响，补偿技术分为两种，一种为元件级自补偿技术，如美同时在天向轴隔离地球自转和载体运动的影响，从国弹道导弹战略核潜艇上装备的静电陀螺导航系统而减小元件刻度系数不稳定性带来

4、的系统误差。该所采用的陀螺壳体翻转技术就属于此类；另一种为系系统设计目的是为了替代现役的静电陀螺导航系统级旋转自补偿技术，该技术是通过对整个埙性测量统，精度非常高『4一。组件施加人为的运动来达到对元件误差进行补偿的但上述系统机械结构非常复杂，成本昂贵。为降效果。系统级旋转自补偿技术于上世纪6O年代提低成本，适于战术级应用的导航系统，本文将双轴连出，80年代该方法应用于西方的惯导系统中[2I3】。续旋转思想引入捷联惯导系统，并为安装方便改变光纤陀螺基于Sagnac效应通过测量光程差来了对旋转轴的选择。测量角速度，是一种无运动部件的新型固态惯性元2

5、双轴连续旋转方案件，具有高可靠性的先天优势。同时光纤陀螺还具有低能耗、启动时间短、测量范围广、成本低等优点。由光纤陀螺惯导系统由相互正交的3个光纤陀螺收稿日期：2011-11-02；修回日期：2012—05—30基金项目：山东省科技发展计划项目(2011GGA16054)作者简介：柳明(1980一)，男，博士，讲师，主要从事惯性导航及惯性器件测试方法的研究工作。E-mail：15066933557@126．corn载人航天第18卷仪和3个石英挠性加速度计组成。为了进行双轴旋轴以角速度3连续旋转，光纤陀螺惯导系统绕内转，将光纤陀螺惯导系统装在一个

6、双环框架中。其环旋转6周后以相同速度、相反方向继续连续旋转，中，外环轴与垂直于基座，内环轴位于垂直于外环轴与此相同。绕外环轴的旋转在旋转2周后改变方向，的平面内。以此不停地进行下去，为了达到更好的调制效果，两下面定义本文中用到的主要坐标系：旋转的转向不应同时发生。(1)惯性坐标系：用OXY表示，原点在地球内、外环旋转不采取相同转速的原因为：若采用中心且不随地球旋转，、y．轴在地球赤道平面内相相同的转速，任何一个元件其敏感轴的轨迹在空间中为一个圆周，旋转的结果和单轴旋转相同，而单轴互垂直并指向相应的恒星，轴与地球的自转角速旋转式捷联系统即使对常值

7、误差也不能起到完全调度向量重合。制的作用。(2)导航坐标系n：用OXY表示，它是惯导系统在求解导航参数时所采用的参考坐标系，本文3双轴连续旋转式惯导误差分析选用地理坐标系作为导航坐标系。旋转调制式捷联惯导的误差传播方程为：(3)载体坐标系b：用OXY表示，原点在载=一×咖—c66(1)体的质心上，轴沿载体横轴向右，y沿载体纵轴向．n0P，nn、前，z^垂直平面且向上。x6+C6一(+∞)×(4)外环坐标系：用OXYw表示，轴为内一(Xv)(2)环轴，轴与载体系的z^轴重合。其中，为姿态误差角；∞：为载体在导航坐标系的角(5)光纤陀螺惯导系统坐标

8、系p：初始时刻P系速度；面为速度误差为比力向量"，Sol和：分别和外环坐标系1,V系重合，各轴定义同外环坐标系。为陀螺仪和加速度计的测量误差，其表达式