基于半球諧振陀螺的慣性導航系統(tǒng)研究.pdf

1、捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)以固連在載體上的陀螺組件與加速度組件為敏感元件，利用載體上的導航計算機解算出當前的位置、姿態(tài)信息。無轉(zhuǎn)子陀螺是當今導航敏感器件研究的主流。作為新型陀螺，半球諧振陀螺與環(huán)形激光陀螺、光纖陀螺相比，在相同的精度、可靠性和壽命要求下，其成本更具有競爭性。本文以星載慣性測量系統(tǒng)工程樣機的研制為背景，采用半球諧振陀螺、石英加速度計為慣性敏感元件。對半球諧振陀螺工作機理、慣性元件數(shù)學模型的標定技術、基于半球諧振陀螺的導航系統(tǒng)實現(xiàn)進

2、行了研究。
　　首先，研究了半球諧振陀螺的工作機理與動力學模型。從薄殼理論出發(fā)，從分析質(zhì)點受力的角度，研究了核心部件半球殼諧振子的振動規(guī)律和模態(tài)進動特性，分析了半球殼振子動力學方程，利用解析求解的方法分析了各參數(shù)對諧振頻率和環(huán)向進動因子的影響規(guī)律。然后利用ANSYS有限元分析軟件分析半球殼的厚度、直徑及桿的直徑等結構參數(shù)對諧振子固有頻率和模態(tài)分布的影響。
　　然后，研究了慣性器件的標定技術。就現(xiàn)有的試驗條件：雙軸位置速率轉(zhuǎn)臺

3、、光學分度頭、NI數(shù)據(jù)采集卡，利用LabView軟件分別針對半球諧振陀螺、石英加速度計搭建了測試平臺，進行元件級標定，為導航系統(tǒng)中慣性元件誤差補償提供了數(shù)學模型。
　　最后，完成了捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)工程樣機的研制。根據(jù)半球諧振陀螺和石英加速度計的結構特點，設計了系統(tǒng)裝置的機械結構；從體積要求、運算速度要求、開發(fā)周期要求出發(fā)，選擇基于PC/104的A/D數(shù)據(jù)采集卡與CPU主板作為系統(tǒng)的硬件部分；實現(xiàn)了導航算法，針對現(xiàn)有陀螺噪聲較大的