光纤陀螺寻北仪误差分析及补偿技术研究

1、 哈尔滨工程大学硕士学位论文光纤陀螺寻北仪误差分析及补偿技术研究姓名：郑秋丽申请学位级别：硕士专业：导航、制导与控制指导教师：李绪友20110308 哈尔滨下程大学硕十学位论文摘要首先，概述了光纤陀螺的发展现状和在军事及民用上的应用、光纤陀螺寻北系统的了光纤陀螺寻北系统静态和动态寻北方式的解算模型。其次，研究了光纤陀螺的主要性能指标，分析了影响陀螺精度的主要误差源，包括北系统的主要误差源，包括基座调平误差、转台转位误差、加速度计误差、有害纬度误差以及动态误差，分析了它们对寻北精度的影响，并给出误差模型以及相应的补偿方 瑃 猻 琣疭籪琲籧 ， 篎； 振式和布里渊式光纤陀螺。求零偏稳定性小于痟，标

2、度因素稳定性小于。干涉式光纤陀螺是基于效应的一种敏感角速率的干涉仪，它利用萨格奈克 趋成熟，并在军事和民用的应用越来越广泛，更多的精力是放在如何应用光电集成芯片、信号处理等先进技术将光纤陀螺成本降低、实现小型化、高性能的研究上嘲，光纤陀螺的发展近趋成熟、完善，并且在导航制导武器以及与导航制导武器相关的惯性导航系统中得到了越来越广泛的应用。美国的霍尼韦尔公司是研发航空和军事领域应用光学陀螺的主要单位，该公司从年开始批量生产光纤陀螺及其系统，精度覆盖了从战术级到导航级、精密级的各种应用。在美国空军的支持下霍尼韦尔公司每月生产大约拙任痟的战术级惯性测量系统。导航级闭环消偏光纤陀螺也开始批量生产，主要

3、用于军用和商用飞机惯导和各种卫星和空间载体上。精密级光纤陀螺已经达到偏置稳定性为痟，角随机游走为厄，标度因数小于騫。主要应用于亚洲、欧洲等地的航天、航空、船舶、电子、通信等领域，研制的高精度光日本在研制、生产光纤陀螺方面虽然没有欧美国家在研制高精度光纤陀螺上的优势，但日本立足于研制低精度、实用性光纤陀螺，并取得了很好的成绩。如日本航空电子工业有限公司、精密仪器、日本电缆等多家公司都已经批量 宣騣!狪胕宣研制的蚃两种型号的消偏闭环光纤陀螺以其独特的应用特点在本国许多步的实验。航天院在“八五”期间首次采用退火质子交换集成光学芯片研制成功了全数字闭环光纤陀螺，这项技术成功出现，使光纤陀螺的研制进入到

4、了全数字阶段，许多家科研单位都使用这一技术，并在研制痶裙庀送勇莘矫嫒昧私筰时代电子所在光纤陀螺的研制上也占据着领先的地位，其研制的光纤陀螺在国防项目上有应用。目前该所针对不同型号的光纤陀螺实验性应用并设计了不同精度的光纤陀螺颉璶。光纤陀螺的在不同领域的应用光纤陀螺是一种新型的具有广泛应用前景的全固态惯性仪表，其潜在精度覆盖了传统机电陀螺的大部分应用领域嘲。它是一种速率陀螺，是敏感相对惯性空间角运动的装置，具有传统机电陀螺无法比拟的优点，光纤陀螺的应用领域是与其自身性能指标的大小相关的，下面介绍在不同应用领域中光纤陀螺的技术指标范围：表各级别光纤陀螺的应用领域聊零偏稳定性应用领域无人驾驶飞机、战

5、术导弹制导导航参考系统、卫星姿态测量精密航天器应用、精密瞄准与跟踪 近年来随着各国军事发展的需要，准确地获得军事地理信息对于军事作战具有至关陷。光纤陀螺在陆军作战中的应用除了上述在恶劣环境下抗干扰具有优势外还表现在装耐冲击等优越性能得到广泛的好评，其稳定性远远超过了机械陀螺。在海军作战中，光型号的光纤陀螺已经应用在海上雷达和导弹防御系统的稳定系统。光纤陀螺寻北仪的发展现状与应用氨币鞘枪庀送勇莸闹氐阌昧煊蛑唬現寻北仪是利用光纤陀螺敏感地球自转角速度在载体水平方向上的分量，经过解算得到载体的方位角实现快速寻北，是现代信息化作战中必不可少的惯性定位装置。随着光纤陀螺性能指标的改善以及光纤陀 机电式陀

6、螺和光学陀螺寻北系统都已经得到了广泛的应用。我国光纤陀螺的研制近几年发展也比较快，但是精度和相关性能指标还有待提高和完善，因此基于光纤陀螺的寻北系统还处于试验阶段，还没有得到广泛的实际应用。只有部分高校和科研机构对光纤陀螺寻北系统进行了理论上的可行性研究和实验研究等，没有开展实质性的研制工作。造成我国寻北系统发展缓慢的主要原因有：一、光纤陀螺寻北仪一般要求光纤陀螺为惯性级，甚至更高。国内光纤陀螺技术起步晚、发展较慢，没有西方发达国家成熟，且研制高精度光纤陀螺的科研单位寥寥无几，以致高精度光纤陀螺的研制不够完善，有些性能指标还不够稳定；二、光纤陀螺的性能虽然比其他类型的陀螺要好，但是光纤陀螺的造

7、价比价高，因此国内还没有对高精度光纤陀螺形成批量生产。因此，高精度的光纤陀螺寻北系统目前在国内还处于空白。现列举一些国内外光纤陀螺寻北系统研究机构的成果： 吊丝式德国利顿公司陀螺指北仪光纤陀螺跟中国航天电子公为实验基础，分析系统中可能存在的主要误差源以及各误差源对寻北精度的影响，并给出相应的解决方案，达到提高寻北精度的目的。具体的研究内容如下：应用。其中包括了光纤陀螺的分类以及光纤陀螺在军事和民用上的不同应用；国内外研訤寻北系统的工作原理以及寻北方式进行研究。在介绍寻北系统工作原理之前，先介绍了作为寻北系统重要组成元件一光纤陀螺的工作原理；在此基础上对寻北 指标的系数，证明了这些补偿方案对寻北

8、系统误差补偿的正确性。 哈尔溟下程大学硕十学何论文光纤陀螺工作原理的传播速度增加。这里采用后一种观点来分析，则有式中9獠诒蘸瞎饴纺诖ú匝的长度：蚪为闭合光路围成的总面积。·式中的湮狢一： 三一唬簧唬籖弧刀咿两束光波的传输时间型为因此有痪疩疩与真空情况下一样。有上述的结论，可以知道光线折射率对相移没有影响，相移只与闭环光路的面积或线圈的长度和直径的乘积有关，而与光波长成反比，这些都对光纤陀螺的设计非常重要。光纤陀螺寻北仪工作原理陀螺寻北技术一般可分为两类：一类是直接利用双自由度转子陀螺特性的陀螺罗经式自主寻北技术，特点是精度高，但寻北时间长；另一类是利用测量当地地理水平面上地

9、球转速分量的方法，推算出当地真北方向，又称为捷联式寻北系统或解析式寻北系统，它不发生摆动，定向时间短，但寻北精度不高。寻北仪的研制与陀螺仪表的发展密切相关，目前用于寻北系统的陀螺主要有液浮陀螺、动力调谐陀螺、吊丝陀螺、静电陀螺、激光陀螺和光纤陀螺等嗍。随着光纤传感技术的日益成熟，光纤陀螺的应用也越来越广泛，光纤陀螺寻北仪就是其中之一。 哈尔滨檀笱学位论文地理北向及自寻北原理示意图其坐标变换过程如图所示。第一次绕乙轴旋转口角后得到坐标转换后的矩阵为 第三次绕褐嵝，角后得到坐标变化后的矩阵为咯眩匀因此地理坐标系到载体坐标系的坐标转换矩阵为猚···小吲，籺因此陀螺在敏感

10、轴上的输出为 感轴输出为畋·嘶邑搋粼出萋戳引哪儿几扎贰眎一裼疗盗喾酢舢柏采样点数价图光纤陀螺数据输出曲线显而易见，得到航向角为西錓而且礳、炱姚骫 瑂一屹蝧丸狪唬无可以看出平台坐标系中的东向和北向均有地球角速率的分量，因此光纤陀螺敏感轴发现平台绕南北轴的倾角对于寻北测量影响较小，而平台绕东西轴的倾角却对寻北测量影响较大，因此需对俯仰角进行补偿。在精密转台上附加一只加速度计，用来感测地球的重力加速度，从而可以检测出精密转台的倾斜角以及倾斜面相对于转台已标定出零位的倾斜方位角，对光纤陀螺输出数据进行补偿。由于本实验室的陀螺寻北系统使用的环境比较平稳，与地面相对水平，因此可以将薅骼糺荆籆孑赼

11、 薯谌 哈尔滨檀笱学何论文ê餾这几段中，吒值的权值较大，可信度高，故取福黄渌文诳，的口宰呵陀螺寻北方案有很多种，各具特色。寻北系统主要有两个重要指标，一个是寻北时间，另一个是寻北精度。在实际应用中，同时使这两个指标都达到理想的期望值是不太容易的，因为提高寻北精度就要增加寻北时间，以减少在寻北过程中产生的误差；降低寻北时间就会引入由于快速旋转而产生的各种误差，寻北精度降低。所以，应该根据不同的寻北任务在这两个指标之间进行权衡，尽量做到在保证寻北精度的前提下减少寻北时间。寻北仪的主要寻北方式主要有动态寻北和静态寻北两种方式。静态寻北是指光纤陀螺的敏感轴在与真北方向成某一角度的位置上采样一

12、段时间，然后旋转一定的角度到达另一位置继续采样，并依据采样的位置数进行寻北解算，得到初始方位角的过程，一般寻北位置数一般有二位置、三位置、四位置、多位置；动态寻北方案又称为连续旋转寻北方案，是指在安装在转台上的光纤陀螺，在一定时间内绕垂直于水平面的敏感轴，以恒定的角速度连续旋转，通过计算机对这段时间内的采样进行数学计算，得出陀螺敏感轴相对真北方向的初始方位角阁。下面分别介绍这几种寻北方式。本实验室是将光纤陀螺垂直安装于一三轴转台上，转台平面平行于水平面，光， 第鹿庀送勇菅氨币荰作原理及寻北方式的研究述，万，在进行寻北角解算前采用平均选点及低通滤波方法可以将陀螺漂移中的趋势项和高频噪声去除，只剩

13、下常值漂移气，在短时间内两得到陀螺敏感轴与真北夹角陀螺静止时的输出电压值除以标度因数即为陀螺输出角速度，所以只要测量陀螺的程中消除了常值漂移，并且寻北时间短。白觋鸭一后。白晷咄撸白暌一猶一吐信号，得到摺肌辏砗蟮玫奖毕蚪。其中， 谎放哆，设光纤陀螺在圆周内取鑫恢貌裳魑恢玫慕嵌任猶，根据寻北仪输出数学模叻磌赾岛谊日岛 为书写方便，我们将陀螺漂移改写成滤除高频噪声以及趋势项后的零偏匀，所以昌口口、二乘法可求得 獳五动态寻北方案呵璺畕 ·，矗阰展开并整理后得口口唑则上式展开为咄獳陀螺的动态输出稳定性与转台转速大小的变化和稳定性好坏有直接关系。转速小，稳定性好时，动态寻北解算的重复性好、精度高

14、、但寻北响应缓慢，很难满足实际工程应用的实时性要求；相反，转速大时，寻北快速性好，但与此同时寻北精度降低，不能满足实际应用精度指标。寻北方案的比较静态寻北方案的研究比较成熟，而且现在主要用到的也是静态寻北方案，动态寻北方式处于试验研究阶段，还不太成熟，但它的寻北精度较高。现将这几种寻北方案的优缺点进行比较。 第鹿庀送勇菅氨币荰作原理及寻北方式的研究精度一般，转动的位置不对称，容易带来误差能够抑制陀螺漂移，精度高精度受转速和采样频率影响综合考虑上述寻北方案的优缺点，二位置和四位置寻北方案是比较好的两种寻北方案，寻北时间较为适中，且可消除陀螺的一定误差因素。本文采用这两种寻北方案进行实验，并针对二

15、位置法提出改进方案，提高寻北精度，抑制转位误差。本章小结两个最佳的寻北方案，并选择二位置和四位置寻北方案作为提出改进方案和误差补偿方案的基础。 哈尔滨檀笱学位论文光纤陀螺的主要性能指标裉颒捌阋口椰衡量陀螺仪输出围绕其均值的离散程度嗍嗍嗍嘲嗍。由白噪声产生的随时间累积的陀螺仪输出误差系数踟嗍蚴侧嗍。影响光纤陀螺精度的主要误差源影响光纤陀螺精度的主要误差源可分为内部因素和外部因素引起的误差。内部因素主要是指光纤陀螺内部电路、光路或器件参数的漂移、噪声，外部因素主要是指振动、温度变化、地球自转和地球磁场等。 光电探测器主要用于检测干涉的总效果，在进行光纤转换的过程中以及跨阻抗电路为了构成光纤陀螺的干

16、涉光路、确保光路互易性以及灵敏度的最优化，在光路中加由于在疍转换过程中，得到的数值只能以有限字长的二进制代码表示，与真实值 另外，其他电路同样也会引入部分噪声，例如锁相环电路、方波产生电路、基准源光纤陀螺的振动包括声振动和机械振动，与线圈骨架的机械设计和固化胶的选择有关。降低光纤陀螺振动灵敏度的方法除了选择适合的线圈骨架材料并进行合理的机械设计外，用弹性模量相对大的固化胶可以降低振动引起的偏置误差。增加胶固化后的硬度，振动产生的机械应力将在较大程度上有固化胶承受，因而缓解了光纤上承受的机械应力。外界环境的电磁场对陀螺器件造成影响，如地磁场或外部环境中电机设备，使陀螺的外壳上涂抗磁材料等手段，克

17、服或减小外界电磁环境对光纤陀螺的影响闱。光纤陀螺寻北系统静态误差分析寻北的目的是确定某一轴向蛩谒矫嫔系耐队相对地理北向的夹角，使用户得到准确的方位基准。目前可通过惯性、天文、地磁乃至卫星导航等手段得到方位信息。而通过惯性技术手段寻北是指利用惯性仪表勇菀测量地球自转运动并经过计算得到地理方位信息的一种方法。陀螺寻北系统有时也称为自定向或自瞄准系统。导弹、火箭和火炮等的发射，飞机、坦克和舰船等的航行都离不开方位基准，在地球物理探测、矿产资源开发、大地测量和桥梁、建筑等民用领域也都需要地理方位基准。所以，采用陀螺仪表进行自主寻北技术的研究与产品开发，无论是对国防现代化建设，还是国民经济建设都有十分重

18、要的意义。光纤陀螺寻北系统是由光纤陀螺、加速度计及转位机构组成的，寻北系统在工作时不仅光纤陀螺自身的误差对寻北精度造成一定的影响，敏感元件加速度计、转位机构以及外界环境对它都存在着不同程度的影响。我们可以将这些误差按对寻北精度的影响形 影响寻北精度的静态误差主要有：惯性元件误差、安装误差、物理量误差。下面详细介绍几种对寻北精度影响比较大的误差。在第二章中我们介绍了基座倾斜的情况下，陀螺的输出为：七吐·以屹，一·当只存在俯仰角保辞阈苯恰，陀螺输出可简化为· 、式可改写为 ，还缭譼孤九幸，量，要想达到理想的定位精度，在到达定位目标时就需要较小的旋转速度来慢慢接近目标以

19、免造成误差，但是这样就增加了寻北时间；要保证寻北速度就会相应的牺牲寻北精度，因此要针对不同的使用环境在这两方面做出权衡。当然转台的精度也是很重要的，下面分析一下转台的转位精度对寻北误差的影响吲。假设转位机构存在定位误差口。时，先忽略平台的调平误差，在单陀螺寻北系统二位置寻北过程中，由于在初始状态下陀螺输出为万骺趐勺 吡因此式与式嗉酰皇与式相减，一一七哆鱬魉一瑂一口，垒竺甆籧宰，·。·有 ·有瓦基丁畇一嵋】逗】击舢矿一双轴陀螺寻北系统中撸一以屹吃畋。一哏饕】 撸鳎】根据上述式子可以推出等式两边分别用泰勒公式展开并忽略两阶以上小量，得的寻北仪转位误差，这样已知转位误差

20、就可以用前面的结论计算它对寻北仪寻北误差的影响量，通过测试及标定技术估计出参数从而按照公式进行误差补偿。它的补偿效果主要是看参数的稳定性和估计的准确性阎。在分析加速度计误差对寻北结果的影响时，可以将加速度计输出的数学模型更直观的给出，简化为如下形式：其中，雪为计算机得到的将用于寻北计算的加速度测量值；一般加速度计的零位残余在。量级以下。这种情况下，通常将它们看作小量嗍。一饕淮。、， 麓¨理想状态下陀螺输出为两式相减有篈木 哈尔滨丁程大学硕十学位论文这些误差对寻北仪精度的影响较小，例如陀螺的标度因数误差所引起的寻北误差与方位角的正切函数成正比，时角秒量级的误差；温度补偿在光纤陀螺中的温

21、度控制电路，可以有效地补偿温度引起的误差；对于加速度计可以选择精确度高的来提高寻北精度。一一七哆气从陀螺随机漂移对寻北精度的影响可以看出，当陀螺组件接近或附近时，。寻北误差最大，因此可先将陀螺旋转。在进行寻北，这样可避开死区闱。动态误差光纤陀螺寻北仪是以捷联的方式安装在载体上工作的，寻北过程中肯定会受到基座振动误差、机器启动引起的高频噪声、人员走动以及风吹引起的低频噪声的影响，若不对这些误差进行补偿或抑制，将会对寻北精度造成更大的影响。境下使用时，人员走动引起载体重心的变化和载体自身的震动会产生不规则的的摇摆运或是周围电机设备开机时的振动都会产生脉冲信号，使陀螺的输出信号中存在尖峰异常信号，这

22、些数据的采集会对陀螺寻北系统平均值的输出造成影响，使寻北解算结果不准确，从而影响寻北精度。为减小陀螺噪声和高频扰动的干扰，可以采用滤波的方式将其抑制，具体方法将在下一章节中着重介绍。 本章小结 哈尔滨檀笱学何论文在进行寻北解算前，由于光纤陀螺输出数据中夹带着光纤陀螺自身漂移或由外界因素引起的高频噪声和低频噪声，所以有必要对陀螺输出进行去噪处理，以提高信噪比。目前常用的方法有卡尔曼滤波、小波滤波、加权求平均值滤波、平滑滤波等等。传统的去噪方法主要采用频谱分析技术对信号进行平滑，具有较大的局限性；同时陀螺动态输出信号的相位携带着方位角信息，相位与旋转角度有严格的对应关系，因此需要采用一种先进的去噪

23、方法。下面简要介绍一下这几种消噪方法。平滑滤波实用化光纤陀螺的使用环境一般是在户外，使用的条件要比在实验室试验阶段时恶劣，工作中会遇到环境突变引起的干扰，或者是陀螺数据在传输过程中丢失一部分数据，还有一种情况就是陀螺在开机后还没有达到稳定时就使用等，这样都会造成陀螺输出数据中存在异常值或冲击信号，这些数据的使用都会对寻北解算造成影响，使寻北精度下五点三次平滑滤波法陶酬。加入到最后一个数据为止。也就是说，总是在相邻的五个数据中选择中位数。同时注意，韵相数比南钍项。进行采样，其中陀螺的采样频率为，采样时间为。从图中明显看到原始数据中含有一些毛刺，而在图中，也就是经过平滑滤波后的输出图形中，光纤陀螺

24、输出数据较为平稳，均方差也由原始数据的滴。 黼川”¨¨卜，一一壤九唯一一“¨一采样点数价图陀螺原始数据输出曲线平滑滤波后陀螺输出数据夫卡尔曼滤波主要是基于以下的假设条件嗍： 于有色噪声需通过设计成型滤波器使这一条件得到满足；【一】式中，是用测量矢量玫降乃婊刺噶縳的最小方差估计；是其他任何可能的估计。在设计卡尔曼滤波器之前，先要将导航系统的连续状态方程进行离散化。离散后的乙浴圪毫倨叨且弧缀均方差一步预测方程压置，鬈海·西遗譺置瓦陨興誯宰琄·，足·盈·式中，猲单位方阵；凸诜直鹗莐时刻系统噪声和测量噪声方差矩阵。图和图分别是光纤陀

25、螺原始输出数据和经过卡尔曼滤波后的陀螺输出曲线，其中陀螺的采样频率为，采样时间为。经计算我们可知原始数据的均值为，均方差为瞬ê蟮氖菥滴讲钗。从两个图的对比，我们可以看出卡尔曼滤波后陀螺输出数据的幅值被降低，均方差也大幅降低，从而提高了信号的可靠性。 邑，鰂瘛馡，弧瘢馤¨皇三”“雏¨虬亚啪艇撒邓锝校簂一卡尔曼滤波后陀螺输出数据蝴曲獭轔蝴图傅立叶变换是一种传统信号处理方法，它的使用范围对于非平稳信号来说存在着很大的局限性，因为傅立叶变换的使用范围要么完全在时域，要么完全在频域，无法同时表征信号的时频特性，而陀螺输出信号恰好是一种非平稳、缓慢变化的信号，因此利用傅立叶变

26、换无法正确地得到信号的时频特性。在多年的研究基础上，人们为了弥补傅立叶变换在非平稳信号分析上的缺陷，将其进行推广和创新，相继的提出了一系列新的信 小波分析以其在时域和频域上的性能优势及对信号的自适应能力，已经广泛地应用于信号处理、图像处理、量子场论、地震勘探、语音识别与合成、雷达、成像、天体识别、机器视觉、机械故障诊断与监控、分形以及数字电视等科技领域叫尽的输出信号由于外界环境的因素会存在着冲击信号或异常信号，如何判断突变发生的时间进而检查出产生突变的原因，或对信号进行消噪对寻北精度的提高是至关重要的，下面介绍一下小波分析的原理。：，将母函数妒经伸缩和平移后，就可以得到一个小波序列州。对于连续

27、的情况，小波序列为咖琣一。丽争蔤厂，纥口降正厂畎与其逆变换为 小波多级分解的过程，以四级为例，如图所示：其中T夹藕牛珻、切治龉讨械牡推敌藕牛鳦、来的信号，并将其重构得到滤波后的数据。同样的分解层数，利用不同的小波函数进行分解，结果仍然不同，这就是小波函数的多。样性。因此小波函数在工程应用中的一个十分重要的问题是最优小波基的选择问题，目前，还没有明确的规定来确定什么样的场合使用什么样的小波基，只能通过在实际应用中小波基的滤波效果来选择小波基。根据不同的标准，小波函数具有不同的类型，这些标准通常有例：多高幅值的小波系数。因为该小波对应的滤波器具有线性相位的特点。小量化或舍入误差的视觉影响。但在一般

28、情况下，正则性好，支撑长度就越长，计算时 哈尔滨薮笱学位论文表常用小波基的特性比较表不对称消失矩阶数这表明它们是具有良好的衰减特性的紧支集小波，此外它们具有适中的消失矩阶数，保证了能量集中于低频信号，因此在后续的章节中我们主要采用这两种小波函数进行分析。在实际应用中，对未处理数据进行小波分析时如何选择小波分解的最佳层数和尺度，目前还没有明确的规定，这就需要我们对具体问题进行具体分析。本论文主要是利用小波的特点对陀螺输出数据进行消噪，降噪的过程分为以下三个步骤阐：一个适合的小波并确定要分解的层数，然后进行分解计算。行软阈值量化处理。构，此时重构得到的信号就是消噪后的信号。 瑃瑂瑂，定阈值的选择规

29、则，本文选用籹H磴兄礢或硬阈值难瘢籲表示小波分解的层数；表示小波函数的名称。瓣小波滤波后陀螺输出数据 出原始数据中出现了很多毛刺，应该是受到了噪声的干扰引起的，经过小波消噪后的陀翱诼类郠三种滤波方法在寻北解算中的比较由于陀螺输出数据中存在着外界环境引起的噪声或是数据在传输过程中存在丢失的可能，因此在寻北解算过程之前，需要对陀螺输出数据进行处理，以提高数据的可信度，在上面的章节中我们介绍了三种滤波方法，综合它们在信号处理方面的优缺点，在进行大量的实验基础上，判定哪种数据处理方法最为有效。下面对这三种方法的比较。在现有实验条件下，用轴速率转台，采用四位置寻北方案，这样在寻北过程中避免了外界信息以及

30、加速度计误差对寻北结果的影响。将光纤陀螺定位在与真北方 猧鹖薯葺萱表三种数据处理方法对比从上面的实验结果可以看出，利用这三种滤波方法对陀螺输出数据进行处理，滤波前后三种方法得到的均值没有什么变化，这说明三种方法对陀螺零漂的补偿效果基本相同；但得到的标准差小波滤波最小，这说明小波滤波方法对陀螺随机漂移的补偿效果最为有效。，盘口一一一“一。哟甧甧吣狥；晡前蠢蚧樵鳌猲”，哪 哈尔滨下程大学硕十学位论文一鎖宣本章小结 在第三章中，我们分别介绍了基座调平误差、转台转位误差、有害纬度误差等寻北精度的影响，并给出了误差模型，从理论上得到了各种误差源的存在对寻北精度造成的影响。对上述问题的分析主要是为了提出补

31、偿方案做的理论分析；而在第四章中对信号处理方法的讨论主要是针对陀螺随机漂移及噪声的消除做准备。在本章中主要针对上两章中的误差给出补偿方案。光纤陀螺常值漂移补偿方案猭。其中是陀螺漂移项，且占，采用低通滤波器及，稳·这种方法可有效抑制陀螺的漂移，也是最基本、直接的抑制方法。上述的方法是在基座水平条件下的抑制方法，在实际应用中，多数的寻北过程是在位置寻北实验。 图二位置寻北陀螺输出图未对陀螺漂移进行补偿前的寻北结果图对陀螺漂移进行补偿后寻北结果 萱鹖鎖。消除有害纬度信息补偿方案位置上的陀螺输出为吐一七玫电縞。谎家环磐耤驴式相除就可得到寻北角竟一四位置寻北方案既可消除有害纬度信息对寻北精度的

32、影响，又避免了标度因数误差 是四位置寻北方案陀螺原始输出数据，图和图是位置为例，对有害纬度信息进行补偿前后的寻北结果输出曲线。采样点数个 图未对纬度误差补偿前陀螺。的寻北输出曲线图未对纬度误差补偿前陀螺。的寻北输出曲线图未对纬度误差补偿前陀螺。的寻北输出曲线 哈尔滨檀笱学位论文波动一般在±。左右，补偿后一般在±。左右，寻北精度有所提高。图杂泻扯炔钩笸勇菰。位置上的寻北输出曲线 ：可以认为补偿了有害纬度信息对寻北精度的影响。：抑制转位误差的补偿方案并将陀螺敏感轴在初始位置处依次偏离谚，相当于在初始位置处做重复实验，在进行数据处理时将寻北结果减去偏离角度就是将转位误差进行补偿后

33、最终的寻北结果，即 由于陀螺敏感轴在寻北角趋于。时，即接近指东方向时进入不敏感区，陀螺输出值对寻北结果的影响较大，因此在解算时采用双轴陀螺测量结果进行加权平均计算，。、溺、个位置的陀螺输出来解算寻北角口，完成传统二位置寻北；再进行改进实验，在传统的陀螺输出解算陀螺输入轴在。位置上的实际角度口，那么最终得到的寻北角。勒丈鲜龅慕馑惴椒俳勇菝舾兄嵋来纹氤跏嘉恢！、。直对初始寻北角进行测量，两种寻北方式的结果比较如下表所示： 表对转位误差补偿前后的各位置寻北输出第二组第三组第四组第五组第六组第七组均值通过改进方案的寻北结果可以看出，利用二位置寻北的最佳工作位置以及采用加权除了上面通过寻北方案的改进来抑

34、制转位误差外，在其他的文章中也介绍了利用光 哈尔滨檀笱妒：论文学设备及其他仪器对转位误差进行抑制。例如在文献提到通过一个带有光学三棱随机噪声补偿方案对陀螺随机漂移进行补偿一般有两种途径：一种是对陀螺随机漂移信号进行分析建模，通过模型对漂移进行补偿。这种方法要求实时在线对陀螺输出数据进行拟合模型，而陀螺输出数据往往是非线性、不平稳的，因此在实际应用中要想建立正确的模型是非常困难的。方向重合；加电预热；待陀螺稳定后，调整转台，使陀螺敏感轴所在平面与水平面平行；启动程序，设初始北向角为，即陀螺敏感轴指向真北方向。在初始位置采样后给力矩电机加电带动转台旋转锏轿恢采样，接收陀螺输出数据。在对输出数据进行

35、解算前，先对数据进行滤波处理。利用编程对数据进行滤波及寻北角解算的处理。从上面陀螺原始数据的频谱图来看，信号能量主要集中在以下的频段上，所以在进行滤波时应该选择低通数字滤波器。通过第四章中对各种信号处理方法的介绍，我们直接用小波滤波方法对寻北数据进行处理。 一一溅。粼删嬲¨嬲恚簔黼燃星曼潲。“要耋嘲獬一一酬髓瓣瓣雌羹一采样点数个图產图産嵬勇萋瞬笆莼质奔洌痶·灿卤曜疾。脚双对数曲线。一一一一一一議睿瑊一一一蝌，吞鴐一一欢椋篿¨卧¨¨一¨耐带杌甽¨“融¨；觯“心搬副一一时川蹦球擅一一牒妗我鑤：¨侧；，叫采样点

36、数，个图甤 一一：一一一一：一一一一一一一一：二一一一蔓稵一一一一一一一一：一一一一：一了一卜一卜广广：一一卜一卜广广三卜一广广二一一己一弧阹一一广平隆痳弋一一一一一灰灰一一广一广还鉹：一：一一一一：一一一一一一一一一一一薹孳莩 一黄遞一一一一一上一一一一一匕三：一一三二一蔆彗奠一一三：一一一一煌鲆狶一狢狶籐狶徊芬籐欢弧鲆籎一一一上狤一卜一一：一二一一一兰一一三一一三一一兰一一一一一一一三一一三一一三：一一苎一一一上上一一一一一一一一一一一一二一一兰一一图甦狾痟纠采样点数爪图產一一一一一一一一一一叶一一一一一十一十一一一一一一一一一一一一一一甪一一一：一一一一一二一二一二一一二一一一一一二一一

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40、和精度的提高具有很好的理论价值。 结论作为现代惯性导航系统中必不可少的定位系统，光纤陀螺寻北系统误差的分析对提高寻北精度是至关重要的，寻北系统的精度直接影响着现代信息化作战中自主定向的精度。分析寻北系统误差并根据误差源给出补偿方案或通过改进寻北方案使寻北精度得到提高，是目前研究和研制寻北系统不可或缺的任务。庸庀送勇莸闹饕P阅苤副耆胧郑治隽斯饴贰诓肯呗泛屯饨缁肪骋蛩囟訤转台转位误差、加速度计误差和有害纬度误差与由其引起的寻北误差之间的关系，并给出相应的补偿方案，并提出了改进型二位置寻北方案来抑制转位误差。攵訤随机漂移给出了通过软件滤波的补偿方案，介绍了平滑滤波、卡尔曼滤波和小波滤波这三种信号处理方法的特点和原理及应用领域的优缺点；详细研究了小波滤波法的特点、原理以及小波基的选择规则，从对这三种信号处理方法在寻北解算过抑制陀螺噪声，为陀螺输出数据消噪提供依据。陀螺随机漂移给出了相应的补偿方案；采用二位置寻北方案对陀螺常值漂移进行抑制，采用四位置寻北方案对有害纬度信息进