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捷联式惯性系统是一种新型的惯性系统,由于其中省去了机电式实体工作平台,其体积、重量和成本都比平台式惯性系统大为降低,而可靠性则大为提高,在维护使用上也带来了很多方便。因此,世界上各先进国家都普遍重视对它的研究和发展,目前,它已经成为惯性技术领域中一个重要的发展方向。捷联式航姿基准系统是捷联式惯性系统的重要分支。光纤陀螺仪是一种应用Sagnac效应来敏感角速率的新型传感器,由于其固有的诸多优势而备受惯性界的关注,并且在国外已经得到非常广泛的应用。我国惯性技术由于与国际水平相差较大。因此,开展基于光纤陀螺仪的捷联航姿基准系统的研制,具有重要的理论意义和工程实用价值。
本文研究的主要目的是建立一个由光纤陀螺仪组成的光纤捷联航姿系统,并针对陀螺仪的选型、系统的硬件构成和新算法在初始对准中的应用进行了研究。研究的主要内容集中在以下几个方面:
1.讨论了光纤捷联航姿基准系统的总体方案,包括算法组成、硬件组成和工作原理。
2.在对国内两种不同型号的干涉型光纤陀螺仪进行实际测试的基础上,结合光纤陀螺仪在捷联式系统中的应用,对部分性能指标及可比性问题进行了分析和讨论。
3.由于捷联系统是以计算机中的“数学平台”代替平台系统中的机电实体平台,所以捷联计算机系统是整个捷联系统的核心和关键。采用目前工业系统中较为流行的嵌入式的设计方式,完成了光纤捷联航姿系统的导航计算机、光纤陀螺仪和加速度计数据采集线路、内外部数据通讯及时钟线路的设计与配置。
4.卡尔曼滤波是目前捷联惯性系统常用的对系统误差进行估计补偿的有效方法,本文对卡尔曼滤波理论以及在捷联惯性系统应用中的有关问题进行了系统研究,并将该理论应用于捷联航姿系统的初始对准和在线校正之中。
5.初始对准问题是捷联系统中基本而核心的问题。支持向量机是一种新型的算法。本文探讨了这种算法在捷联航姿系统的初始对准之中应用的可行性,对对准功能的实现进行了仿真研究,并将仿真同常用的卡尔曼滤波方法进行了比较。
6.研制出一套完整的实验室样机硬件系统。