空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)分析與設計
發(fā)布時間：2021-08-16 11:51
靜電陀螺儀是迄今為止精度最高的陀螺儀，用于水下高精度長時間連續(xù)導航系統(tǒng)，以往都是以靜電陀螺監(jiān)控器的形式和液浮陀螺慣導系統(tǒng)組合使用，這種組合系統(tǒng)存在體積大，成本高等缺點，目前國外已開始直接采用靜電陀螺儀構成慣性導航系統(tǒng)，而靜電陀螺儀的不可施矩性決定它只能采用空間穩(wěn)定型編排方案，本文對空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)進行分析與設計，論文的主要工作有：推導了全球引力場、正常引力場和擾動引力場模型，給出了CGCS2000型參考地球模型作為空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)的導航基準，定義了文中所用坐標系，推導了各坐標系之間的轉(zhuǎn)換關系。提出了以慣性系為導航系的空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)方案，推導了系統(tǒng)誤差方程。指出采用系統(tǒng)本身的位置計算引力模型中的位置矢量模會造成系統(tǒng)誤差隨時間呈指數(shù)增長，提出了引入外測高度計算位置矢量模的引力修正方法，從而抑制了引力誤差造成的系統(tǒng)發(fā)散。分析并仿真驗證了相對慣性系（導航系）靜止狀態(tài)下，各誤差源對空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)的影響。針對艦船沿地球表面運動的情況，設計了船用空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)方案，該方案首先解算出相對慣性空間的導航信息，通過導航信息轉(zhuǎn)換得到對地導航信息，并采用地球平均半徑代替了引力模型中的位置矢量模...
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：157 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
SPIN-Gyro型靜電陀螺儀Fig1.1ESGofSPIN-Gyrotype
圖 1.2 G11A 型靜電陀螺儀外形圖 圖 1.3 G11A 型靜電陀螺儀結構分解圖Fig1.2 Outline of G11A type ESG Fig1.3 Structural decomposition figure of G11A將靜電陀螺儀應用于平臺式空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)時，實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀在精度上并不比空心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀具有優(yōu)勢。但由于空心轉(zhuǎn)子的離心變形較大，在大角度工作環(huán)境中很難補償陀螺漂移，而實心轉(zhuǎn)子的離心變形很小[38]，可以應用于捷聯(lián)式空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)，可以說實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀是今后發(fā)展方向。因此羅克韋爾國際公司于1972 年研制出 G12B 型實心轉(zhuǎn)子微型靜電陀螺儀，它具有結構簡單、體積小、質(zhì)量輕造價低，可讀取全姿態(tài)[39]等特點，陀螺漂移優(yōu)于0.003o/h。1984 年，美國斯坦福大學開始研制驗證“廣義相對論效應”的 GP-B 型實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀[40-41]，理論分析和模擬實驗的研究結果表明在空間失重狀態(tài)下 GP-B 型靜電陀螺儀的漂移優(yōu)于111 10 ×o/h。法國薩基姆公司(SAGEM)與法國海軍合作研制了自己的靜電陀螺儀，它吸收了霍尼韋爾公司空心鈹球轉(zhuǎn)子方案，但其結構和控制電路基本是依據(jù)羅克韋爾國際公司的實心鈹球轉(zhuǎn)子所采用的原理。俄羅斯中央電氣儀表研究所研制出 Д15 型空心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀，如圖 1.4 所示：
圖 1.2 G11A 型靜電陀螺儀外形圖 圖 1.3 G11A 型靜電陀螺儀結構分解圖Fig1.2 Outline of G11A type ESG Fig1.3 Structural decomposition figure of G11A將靜電陀螺儀應用于平臺式空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)時，實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀在精度上并不比空心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀具有優(yōu)勢。但由于空心轉(zhuǎn)子的離心變形較大，在大角度工作環(huán)境中很難補償陀螺漂移，而實心轉(zhuǎn)子的離心變形很小[38]，可以應用于捷聯(lián)式空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)，可以說實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀是今后發(fā)展方向。因此羅克韋爾國際公司于1972 年研制出 G12B 型實心轉(zhuǎn)子微型靜電陀螺儀，它具有結構簡單、體積小、質(zhì)量輕造價低，可讀取全姿態(tài)[39]等特點，陀螺漂移優(yōu)于0.003o/h。1984 年，美國斯坦福大學開始研制驗證“廣義相對論效應”的 GP-B 型實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀[40-41]，理論分析和模擬實驗的研究結果表明在空間失重狀態(tài)下 GP-B 型靜電陀螺儀的漂移優(yōu)于111 10 ×o/h。法國薩基姆公司(SAGEM)與法國海軍合作研制了自己的靜電陀螺儀，它吸收了霍尼韋爾公司空心鈹球轉(zhuǎn)子方案，但其結構和控制電路基本是依據(jù)羅克韋爾國際公司的實心鈹球轉(zhuǎn)子所采用的原理。俄羅斯中央電氣儀表研究所研制出 Д15 型空心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀，如圖 1.4 所示：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]航行狀態(tài)下羅經(jīng)回路初始對準方法誤差分析[J]. 徐博,郝燕玲. 遼寧工程技術大學學報(自然科學版). 2012(01)
[2]基于慣性參考系的動基座初始對準與定位導航[J]. 嚴恭敏,翁浚,白亮,秦永元. 系統(tǒng)工程與電子技術. 2011(03)
[3]結合數(shù)字化教學平臺開展物理演示實驗的研究型學習[J]. 趙敏,吳天剛,倪忠強,武荷嵐,徐敬,王祖源. 物理實驗. 2011(02)
[4]捷聯(lián)慣導系統(tǒng)姿態(tài)算法實現(xiàn)及工程應用[J]. 田亞軍,周剛,胡軍照,孫東雷,楊黔龍,閔濤,韓娟妮,尹立新. 四川兵工學報. 2011(01)
[5]衛(wèi)星導航系統(tǒng)與氣壓高度計的信息處理與融合[J]. 鄭智明,劉建業(yè),錢偉行. 應用科學學報. 2010(03)
[6]靜電陀螺儀四環(huán)空間穩(wěn)定平臺的運動學分析[J]. 唐洪亮,趙毅,劉錫敬. 四川兵工學報. 2010(01)
[7]重力場模型EGM2008和EGM96在中國地區(qū)的比較與評價[J]. 榮敏,周巍,陳春旺. 大地測量與地球動力學. 2009(06)
[8]靜電陀螺儀在潛艇導航技術中的應用及展望[J]. 唐洪亮,李繼光,劉錫敬. 四川兵工學報. 2009(09)
[9]EGM 2008地球重力場模型在中國大陸適用性分析[J]. 章傳銀,郭春喜,陳俊勇,張利明,王斌. 測繪學報. 2009(04)
[10]2000國家大地坐標系橢球參數(shù)與GRS 80和WGS 84的比較[J]. 程鵬飛,文漢江,成英燕,王華. 測繪學報. 2009(03)
博士論文
[1]星載雷達高度計誤差分析和定標技術研究[D]. 徐曦煜.中國科學院研究生院（空間科學與應用研究中心） 2008
[2]高精度重力異常數(shù)據(jù)處理方法、技術研究[D]. 張鳳旭.吉林大學 2006
碩士論文
[1]地方獨立坐標系向2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換研究[D]. 耿曉燕.西安科技大學 2010
[2]空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)分析[D]. 王昱丹.哈爾濱工程大學 2010
[3]船用光纖陀螺捷聯(lián)慣性系統(tǒng)初始對準方法研究[D]. 張鑫.哈爾濱工程大學 2009
[4]SINS誤差特性及組合對準的方法研究[D]. 陳明輝.哈爾濱工程大學 2008
[5]基于FOG捷聯(lián)系統(tǒng)的誤差分析與補償技術研究[D]. 蘇游.哈爾濱工程大學 2007
[6]捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)初始對準方法研究及其仿真[D]. 樊榮.南京理工大學 2006
[7]高精度慣導系統(tǒng)的重力補償技術研究[D]. 束蟬方.武漢大學 2005
[8]光纖陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中的誤差分析與補償[D]. 付強文.西北工業(yè)大學 2005
[9]光纖陀螺羅經(jīng)研究[D]. 段江鋒.西北工業(yè)大學 2005
本文編號：3345619
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：157 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
SPIN-Gyro型靜電陀螺儀Fig1.1ESGofSPIN-Gyrotype
圖 1.2 G11A 型靜電陀螺儀外形圖 圖 1.3 G11A 型靜電陀螺儀結構分解圖Fig1.2 Outline of G11A type ESG Fig1.3 Structural decomposition figure of G11A將靜電陀螺儀應用于平臺式空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)時，實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀在精度上并不比空心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀具有優(yōu)勢。但由于空心轉(zhuǎn)子的離心變形較大，在大角度工作環(huán)境中很難補償陀螺漂移，而實心轉(zhuǎn)子的離心變形很小[38]，可以應用于捷聯(lián)式空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)，可以說實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀是今后發(fā)展方向。因此羅克韋爾國際公司于1972 年研制出 G12B 型實心轉(zhuǎn)子微型靜電陀螺儀，它具有結構簡單、體積小、質(zhì)量輕造價低，可讀取全姿態(tài)[39]等特點，陀螺漂移優(yōu)于0.003o/h。1984 年，美國斯坦福大學開始研制驗證“廣義相對論效應”的 GP-B 型實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀[40-41]，理論分析和模擬實驗的研究結果表明在空間失重狀態(tài)下 GP-B 型靜電陀螺儀的漂移優(yōu)于111 10 ×o/h。法國薩基姆公司(SAGEM)與法國海軍合作研制了自己的靜電陀螺儀，它吸收了霍尼韋爾公司空心鈹球轉(zhuǎn)子方案，但其結構和控制電路基本是依據(jù)羅克韋爾國際公司的實心鈹球轉(zhuǎn)子所采用的原理。俄羅斯中央電氣儀表研究所研制出 Д15 型空心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀，如圖 1.4 所示：
圖 1.2 G11A 型靜電陀螺儀外形圖 圖 1.3 G11A 型靜電陀螺儀結構分解圖Fig1.2 Outline of G11A type ESG Fig1.3 Structural decomposition figure of G11A將靜電陀螺儀應用于平臺式空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)時，實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀在精度上并不比空心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀具有優(yōu)勢。但由于空心轉(zhuǎn)子的離心變形較大，在大角度工作環(huán)境中很難補償陀螺漂移，而實心轉(zhuǎn)子的離心變形很小[38]，可以應用于捷聯(lián)式空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)，可以說實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀是今后發(fā)展方向。因此羅克韋爾國際公司于1972 年研制出 G12B 型實心轉(zhuǎn)子微型靜電陀螺儀，它具有結構簡單、體積小、質(zhì)量輕造價低，可讀取全姿態(tài)[39]等特點，陀螺漂移優(yōu)于0.003o/h。1984 年，美國斯坦福大學開始研制驗證“廣義相對論效應”的 GP-B 型實心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀[40-41]，理論分析和模擬實驗的研究結果表明在空間失重狀態(tài)下 GP-B 型靜電陀螺儀的漂移優(yōu)于111 10 ×o/h。法國薩基姆公司(SAGEM)與法國海軍合作研制了自己的靜電陀螺儀，它吸收了霍尼韋爾公司空心鈹球轉(zhuǎn)子方案，但其結構和控制電路基本是依據(jù)羅克韋爾國際公司的實心鈹球轉(zhuǎn)子所采用的原理。俄羅斯中央電氣儀表研究所研制出 Д15 型空心轉(zhuǎn)子靜電陀螺儀，如圖 1.4 所示：
【參考文獻】：
期刊論文
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[2]基于慣性參考系的動基座初始對準與定位導航[J]. 嚴恭敏,翁浚,白亮,秦永元. 系統(tǒng)工程與電子技術. 2011(03)
[3]結合數(shù)字化教學平臺開展物理演示實驗的研究型學習[J]. 趙敏,吳天剛,倪忠強,武荷嵐,徐敬,王祖源. 物理實驗. 2011(02)
[4]捷聯(lián)慣導系統(tǒng)姿態(tài)算法實現(xiàn)及工程應用[J]. 田亞軍,周剛,胡軍照,孫東雷,楊黔龍,閔濤,韓娟妮,尹立新. 四川兵工學報. 2011(01)
[5]衛(wèi)星導航系統(tǒng)與氣壓高度計的信息處理與融合[J]. 鄭智明,劉建業(yè),錢偉行. 應用科學學報. 2010(03)
[6]靜電陀螺儀四環(huán)空間穩(wěn)定平臺的運動學分析[J]. 唐洪亮,趙毅,劉錫敬. 四川兵工學報. 2010(01)
[7]重力場模型EGM2008和EGM96在中國地區(qū)的比較與評價[J]. 榮敏,周巍,陳春旺. 大地測量與地球動力學. 2009(06)
[8]靜電陀螺儀在潛艇導航技術中的應用及展望[J]. 唐洪亮,李繼光,劉錫敬. 四川兵工學報. 2009(09)
[9]EGM 2008地球重力場模型在中國大陸適用性分析[J]. 章傳銀,郭春喜,陳俊勇,張利明,王斌. 測繪學報. 2009(04)
[10]2000國家大地坐標系橢球參數(shù)與GRS 80和WGS 84的比較[J]. 程鵬飛,文漢江,成英燕,王華. 測繪學報. 2009(03)
博士論文
[1]星載雷達高度計誤差分析和定標技術研究[D]. 徐曦煜.中國科學院研究生院（空間科學與應用研究中心） 2008
[2]高精度重力異常數(shù)據(jù)處理方法、技術研究[D]. 張鳳旭.吉林大學 2006
碩士論文
[1]地方獨立坐標系向2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換研究[D]. 耿曉燕.西安科技大學 2010
[2]空間穩(wěn)定型慣導系統(tǒng)分析[D]. 王昱丹.哈爾濱工程大學 2010
[3]船用光纖陀螺捷聯(lián)慣性系統(tǒng)初始對準方法研究[D]. 張鑫.哈爾濱工程大學 2009
[4]SINS誤差特性及組合對準的方法研究[D]. 陳明輝.哈爾濱工程大學 2008
[5]基于FOG捷聯(lián)系統(tǒng)的誤差分析與補償技術研究[D]. 蘇游.哈爾濱工程大學 2007
[6]捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)初始對準方法研究及其仿真[D]. 樊榮.南京理工大學 2006
[7]高精度慣導系統(tǒng)的重力補償技術研究[D]. 束蟬方.武漢大學 2005
[8]光纖陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中的誤差分析與補償[D]. 付強文.西北工業(yè)大學 2005
[9]光纖陀螺羅經(jīng)研究[D]. 段江鋒.西北工業(yè)大學 2005
本文編號：3345619
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