浮球式惯性平台(简称浮球平台)是一种液浮的无框架的平台式惯性导航系统,相比于传统框架系统,其能够适应大过载、高动态等恶劣环境,使其成为战略级运载系统理想的惯导系统。本文以浮球平台实验系统为研究对象,针对球壳姿态测量、光电传感器的安装位置及安装误差角辨识、球体质量特性参数辨识问题,主要研究内容如下:(1)光电姿态测量方法设计。研究了浮球平台载体姿态测量特点与姿态测量方法,针对球壳与球体分离的特性,基于光电传感器的测量原理,设计了一种非接触光电姿态测量方法。深入分析了球壳相对于球体的转动过程,采用四元数建立了球壳姿态解算模型。设定球壳随机转动,利用MATLAB对球壳姿态进行了仿真计算,若采用分辨率为10000DPI的光电传感器,其姿态解算误差均值为-0.00212°、标准差为0.00201°,精度较高,能够达到浮球平台的姿态解算精度要求。(2)浮球平台光电传感器安装位置及安装误差角辨识。基于已经提出的光电姿态测量方法,对安装误差的来源进行了分析,建立了安装误差数学模型,设计了基于加权递推最小二乘的安装位置及安装误差角辨识方法。在仿真分析过程中,通过设定壳体转动轨迹,获得光电传感器测量数据,以此辨识出光电传感器的安装位置及安装误差角。仿真结果显示,安装位置及安装误差角辨识结果的相对误差均不超过0.5%,辨识精度较高。该研究对推动光电姿态测量方法的实际运用具有重要意义。(3)浮球平台球体质量特性辨识。一方面,针对在液缸中接近悬浮状态的球体,设计了一种通过悬挂重物来辨识球体转动惯量的方法。该方法通过在球体表面悬挂重物激励球体转动,利用球体内正交安装的三个陀螺仪敏感球体转动。根据建立的球体转动动力学方程,设计了一种基于姿态解算的加权递推最小二乘方法辨识球体转动惯量。分别对陀螺仪测量误差、初始对准误差、悬挂点位置误差对辨识结果的影响进行了仿真分析。仿真结果表明,只需要合理选择两处挂点进行试验即可辨识出球体三个轴的转动惯量。该方法加矩简单,能够在调整球体转动惯量后实现对其转动惯量的辨识。另一方面,针对浮球平台在实际导航过程中的工作特性,设计了一种通过力矩器驱动球体转动来辨识球体惯量张量、质心位置及阻尼力矩系数的方法。该方法采用力矩器产生的控制力矩激励球体转动,利用基于姿态解算的加权递推最小二乘辨识方法对球体惯量张量、质心位置及阻尼力矩系数进行辨识。其主要优点为算法简单,不用增加额外的测量装置,能够辨识出球体在实际工作环境中的质量特性参数。通过仿真分析,得到的参数辨识值相对误差小于1.5%,精度很高,对实现球体高精度的稳定控制具有重要意义。