船用激光陀螺惯导单轴旋转系统.pdf

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1、第34卷第12期2012年12月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．34．No．12Dec．，2012船用激光陀螺惯导单轴旋转系统可伟，乔海岩，孟凡强(中国船舶重工集团公司第三六八厂，河北邯郸056028)摘要：分析了激光陀螺惯性测量单元(IMU)单轴旋转自动补偿原理，建立了单轴旋转式捷联惯导系统数学模型，通过分析惯性测量组件的误差模型和旋转式捷联系统误差传播方程，解释了误差补偿机理。针对船用惯性导航系统的应用要求，设计了基于四位置转停的船用激光陀螺捷联式惯性导航系统，对导航系统的总体方案、原理方案和转

2、位方式进行了论述，通过仿真验证了设计方案的有效性。关键词：旋转；激光陀螺；捷联惯导系统中图分类号：U666．16+3文献标识码：A文章编号：1672—7649(2012)12—0067—05doi：10．3404／j，issn．1672—7649．2012．12．014Analysisofthesingle-axialrotationsystemforthemarineringlasergyroINSKEWei，QIAOHai—yan，MENGFan-qiang(The368PlantofCSIC，Handan056028，China

3、)Abstract：Theauto—compensationprincipleofthesingle—axialrotationringlasergyroscopeinertialmeasurementunit(IMU)wasintroduced．Themathmodelofthesingle—axialrotationSINSwasestablished，ByanalyzingtheerrormodelofIMUandthenavigationerrorpropagatingfunction，themechanismoferrorc

4、ompensationmethodwasillustrated．Whichtheringlasergyroscopestrapdowninertialnavigationsystem(SINS)basedonfour—positionrotationschemewasdesignedwithrespecttotheapplieddemandofSINSonship．Theoverall，principleandrotationschemeofnavigationsystemwasdiscoursed．Theeffectivenesso

5、fdesignwasverifieddependedonsimulation．Keywords：rotation；ringlasergyroscope；SINS0引言激光陀螺属于光学陀螺，其最大特点是设计简单，没有任何活动部件，启动时间短，动态范围广，尺度因数线性度好，不存在机电干扰等误差项，并且光学陀螺较其他机械陀螺的一大特点是适用于单轴旋转调制系统。船用激光陀螺惯性导航系统¨。最大特点是在长航时应用，其长期导航精度很关键，而且作为舰船的核心主惯导设备，其承载着为舰船各武备系统提供基准的职责，故对其长航时位置精度以及姿态误差稳定性等

6、指标要求很高。基于激光陀螺特点，针对船用惯导应用需求，要求所用激光陀螺指标极高，而精度极高的激光陀螺’2。其成本很难得到控制，并且到工程应用中，其量产存在很大问题。针对以上问题，我们提出了应用较高精度的光学激光陀螺，采用单轴旋转调制技术手段，在不增加系统成本的基础上，来提高系统导航精度。单轴旋转调制技术是通过对IMU以一定方式旋转来达到常值漂移补偿的，在保证水平惯性器件输出精度没有改变的情况下，提高了系统长航时导航精度，尤其是系统位置精度。收稿日期：2012—02—07；修回日期：2012—03—19作者简介：可伟(1983一)，男，

7、硕士研究生，高级工程师，主要从事导航、制导与控制技术研究。·68·舰船科学技术第34卷1单轴旋转调制机理系统中，单轴旋转捷联惯导导航解算原理如图1所示。图1单轴旋转激光捷联惯导系统工作原理Fig．1Principlesofsingle—axialrotationRLGSINS系统方案设计中，IMU由3个二频机抖激光陀螺及3个石英挠性加表构成。旋转调制机构为速率旋转及位置锁定功能转台，该转台与IMU固联，并且使得IMU在安装过程中保证其垂向陀螺敏感轴与转台转轴平行，这样，固联的IMU相对于导航坐标系进行旋转。方案设计中，假设P系为转动坐

8、标系，n系为导航坐标系。31，i系为惯性坐标系，b系为船体坐标系。由单轴旋转惯导系统的工作原理，结合典型捷联式惯导系统误差方程，系统误差传播方程可描述为≯=一山n。×妒+跏：一C：c：&u乞，跏=厂×妒+C：c：矿0一(