机载高精度光纤捷联惯导误差建模及组合滤波技术研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN967.2密级：公开UDC：629.05学号：149214机载高精度光纤捷联惯导误差建模及组合滤波技术研究研究生姓名：宋锐导师姓名：陈熙源教授申请学位类别工学博士学位授予单位东南大学一级学科名称仪器科学与技术论文答辩日期2018年7月25日二级学科名称精密仪器及机械学位授予日期2018年月日答辩委员会主席评阅人2018年7月日博士学位论文机载高精度光纤捷联惯导误差建模及组合滤波技术研究专业名称：仪器科学与技术研究生姓名：宋锐导师姓名：陈熙源教授本论文获国家自然科学基金项目（51375087），江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目（KYLX15

2、_0138）和东南大学优秀博士学位论文基金（YBJJ1636）资助。ERRORMODELINGOFHIGHPRECISIONFOG-SINSANDTHESTUDYOFINTEGRATEDFILTERADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYRuiSongSupervisedbyProf.XiyuanChenSchoolofInstrumentScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论

3、文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段

4、保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要随着光纤技术的不断发展，以光纤捷联惯性系统为代表的光学导航设备由于具有自主性高、实时性好等优点，在现代海陆空天等军民用领域得到广泛运用。针对机载应用平台，由于构成捷联惯性导航系统的主要测量部件-惯性测量单元（InertialMeasurementUnit，IMU）易受载体运动形态、外界环境中不确定因素等影响，因

5、此有必要在现有技术和工艺基础上，进一步提高机载捷联惯性导航系统在复杂工作条件下的环境适应性、测量和组合系统状态估计精度。本文主要基于光纤陀螺的基本工作原理，利用建模方法分析陀螺输出信号随温度变化、动态应力改变的响应特性，并综合考虑复杂环境下光纤陀螺动态误差的精确辨识问题，最后根据系统不同运动状态对应不同的模型，提出一种基于交互多模型的滤波估计方法。本论文的主要工作与创新点如下：1）由于光纤的弹光效应，使得在实际工程应用中，因工作环境温度等外界因素变化会引起光纤环的应力产生变化，通过实验发现，温度变化会在陀螺输出信号中引入非互易性相移误差，本文提出一种基于新兴寻优算法AFSA(A

6、rtificialFishSwarmAlgorithm)的神经网络模型，旨在描述不同温度变化条件下的陀螺输出与温度变化速率之间的关系，通过AFSA不断迭代优化神经网络模型参数，使得所建立的模型更好地逼近光纤陀螺温度特性，最后根据温度实验数据，比较了基于遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)等不同方法的误差结果，表明本方法将输出信号中主要误差降低约50%。2）针对机载环境下惯性测量单元中光纤陀螺易受环境冲击、振动等影响的情形，通过推导振动条件下光纤陀螺内部光功率波动、互易性相移等随应力变化的不同表现形式，进一步对光功率信号的解调和乘除运算等系统改进后陀螺信号进行分析，

7、本文提出了一种基于改进局部均值分解(LocalMeanDecomposition,LMD)的陀螺振动误差建模分析方法，将振动信号按照频率大小逐层分解，同时在循环迭代过程中提出边界延拓和三次样条插值方法，有效避免了可能出现的欠包络等问题，在循环终止时引入正交性准则判据来保证残余分量满足单调性条件，从而使得振动信号不同频段分量可以得到更为精确的分解，再利用核主成分分析(KernelPrincipalComponentAnalysis,KPCA)方法从高频分量信号中提取出去除噪声影响的有用信号。通