VC33+FPGA光纤陀螺捷联惯导系统

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光纤陀螺捷联惯导系统级标定方法的研究

光纤陀螺捷联惯导系统级标定方法的
研究
光纤陀螺捷联惯导系统是一种高精度的导航系统，它结合了光纤陀螺和捷联惯性导航技术，可以在不依赖外部信号的情况下提供高精度的导航信息。

然而，由于光纤陀螺和惯性测量单元的误差会影响系统的精度，因此需要进行系统级标定来提高系统的性能。

系统级标定方法是指通过对整个系统进行标定，包括光纤陀螺、惯性测量单元和导航算法等，来提高系统的精度和可靠性。

目前，常用的系统级标定方法包括离线标定和在线标定两种。

离线标定是指在系统安装和调试完成后，对系统进行标定。

离线标定通常需要使用高精度的标定设备，如转台、全站仪等，对系统进行精确测量和标定。

离线标定的优点是精度高、稳定性好，但需要专业的设备和技术人员，成本较高。

在线标定是指在系统运行过程中，通过对系统的输出进行实时监测和修正，来提高系统的精度和可靠性。

在线标定通常需要使用一些先进的算法和技术，如卡尔曼滤波、粒子滤波等，对系统的输出进行实时修正。

在线标定的优点是成本低、易于实现，但精度和稳定性相对较差。

总之，系统级标定是提高光纤陀螺捷联惯导系统精度和可靠性的重要手段。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的标定方法，以提高系统的性能和可靠性。

光纤陀螺捷联惯性导航系统标定测试技术研究的开题报告

光纤陀螺捷联惯性导航系统标定测试技术研究的开题报告一、研究背景惯性导航系统（Inertial Navigation System, INS）是一种有效的位置和速度测量手段，具有高精度、高可靠性等特点，被广泛应用于航空、航天、海洋、测绘、导航等领域。

光纤陀螺是惯性导航系统中的核心部件之一，其具有精度高、稳定可靠、长时间工作等特点。

然而，由于光纤陀螺的非线性特性和误差积累，陀螺漂移等问题，使得 INS 在长期使用过程中需要进行定期标定和校准以保证其精度和可靠性。

同时，由于 INS 在使用过程中存在复杂的运动和工作环境，标定测试技术也需要能够适应不同的工作环境和精度要求。

因此，本研究旨在针对光纤陀螺捷联惯性导航系统的标定测试技术进行深入研究和探讨。

二、研究内容和目标1. 研究光纤陀螺捷联惯性导航系统的原理和组成结构，并分析其误差来源和误差特征；2. 分析现有的光纤陀螺标定测试技术及其优缺点，并结合我国航空领域发展现状和需求，提出针对不同环境和精度要求的标定测试方案；3. 设计标定测试实验方案，建立光纤陀螺捷联惯性导航系统的测试平台和数据处理系统，进行标定和测试实验，并分析实验结果和误差特征；4. 探索和优化光纤陀螺捷联惯性导航系统的标定测试技术，提高其精度和可靠性。

三、研究方法和技术路线1. 文献资料研究法：对 INS 和光纤陀螺的发展历程、工作原理、误差来源、标定测试技术等进行系统分析和综述；2. 建模分析法：建立光纤陀螺捷联惯性导航系统的数学模型，分析其误差源和误差特征；3. 设计实验法：设计标定测试方案，建立测试平台和数据处理系统，进行标定和测试实验，并分析实验结果和误差特征；4. 优化探索法：根据实验结果和分析，探索和优化光纤陀螺捷联惯性导航系统的标定测试技术。

四、研究意义和预期成果本研究的意义在于对光纤陀螺捷联惯性导航系统的标定测试技术进行深入研究和探讨，提高 INS 的精度和可靠性，同时对我国航空领域的发展和应用具有重要意义。

光纤陀螺在捷联惯性测量组合中的应用研究

关键词：纤陀螺光惯性测量组合误差补偿
１引
言
调制器（Ｙ波导）、光纤环、探测器、数学逻辑电路等
组成。其组成框图如图１所示。
众所周知，由于光纤陀螺具有动态范围宽、输出不依赖于环境（速度、振动和冲击）加、抵抗高速率能力强、系统设计灵活、用寿命长、加工工艺简使单、无闭锁现象、动时间短等优点，启光纤陀螺及其惯性测量组合已成为国外惯性器件的首选器件。并且光纤陀螺在国外已被充分地应用在航空航天（如Ｂｅｇ７ｏｉ７的导航系统）ｎ７、生物传感（ＦＧｐｏｅ、如Ｏｒｂ）工业自动化（Ｓｅｐｒｏｏ）如ｗｅｅｒｔ、虚拟现实等领域上。ｂ
程应用光纤陀螺时设计合适的温控、合理地布置光
纤陀螺的散热器件是非常重要的。
由于 △ ＋ｆ一０Ｂ，根据小角度近似公式有
ｓＩ＋ｆ）＋ｆｉ（ｒ△ Ｂ一△ Ｂ
光纤陀螺的温控设计有其特殊的一面，需要考
的轴转动），时沿顺时针方向和逆时针方向传播的光
路之间由于ｓＧＡＡＮＣ效应会产生与旋转速度ｎ成正
比的非互易相位差 △ ，的表达式为 △
△ ＝４ｃＲ／丁． Ⅳ
（）１
上述相位差可以用探测器来敏感，ｋ设。为探测器的响应度，，为到达探测器的光强，探测器检ｎ则测信号为

光纤陀螺捷联惯性导航系统标定测试技术研究

哈尔滨工程大学硕士学位论文光纤陀螺捷联惯性导航系统标定测试技术研究姓名：太松月申请学位级别：硕士专业：导航、制导与控制指导教师：李绪友20070101哈尔滨工程大学硕士学位论文法，使克尔效应产生的相位误差减小１～２个数量级。

（１０）直接动态效应通常在绕制光纤陀螺的光纤环时，首先保证光纤在缠绕过程中所受应力基本相同，不使应力有太大的变化，同时采用四机子对称绕线法进行缠绕，这样就可以基本保持光纤环的结构对称点处在同一单元空间中，保持相同的温度和应力，有效地抑制温度和应力变化的影响。

图２．４捷联惯性导航系统实物图２．４光纤陀螺捷联惯导系统２．４．１坐标系定义（１）ｉ系：惯性坐标系——０ｌＸｌＹ。

ｚ．根据牛顿定律的定义，惯性系就是没有旋转和加速度运动的坐标系，它是绝对静止或保持匀速直线运动的坐标系。

这样的坐标系在理论上很容易加以定义，但在实际中很难实现。

与真正的惯性坐标系最相近的是一种相对于遥远的恒星保持惯性的坐标系。

为了导航的需要，往往选取地心惯性坐标系。

地心惯性坐标系不考虑地球绕太阳的公转运动，忽略了太阳相对惯性空间的运动。

地心坐标系的原点选在地球的中心。

理论上，惯性坐标系的定向无关紧要，但习惯上将０ｚ，轴选在沿地轴指向北极的方向上，０Ｘｉ。

０Ｙ。

轴则在地球哈尔滨工程大学硕士学位论文时，只需接收３个光纤陀螺仪的原始输出值和３个加速度计的输出值，即共有６组数据需要接收、显示和保存。

数据信息在显示器上以坐标的方式进行显示，可以直观、定性地观察数据。

如图３．４所示。

图３．４数据实时显示图３．３．３全数字闭环光纤陀螺测试１．性能参数测试程序设计参照国家标准中的《光纤陀螺测试方法》规定的标准和数据处理方法。

根据实际工程以及本课题研究的需要对本实验室自主研发的高精度全数字干涉型光纤陀螺仪测试标度因数、零位、标度因数的非线性度、标度因数的对称性等性能参数。

其步骤如下。

①将陀螺由安装夹具固定在速率转台上，并使转台轴平行于地垂线（对准精度在若干角分之内），输入基准轴（ＩＲＡ）平行于转台轴（对准精度在若干角分之内）。

捷联惯性导航系统的解算方法课件

02
CATALOGUE
捷联惯性导航系统组成及工作原理
主要组成部分介绍
惯性测量单元
包括加速度计和陀螺仪，用于测量载体在三个正交轴上的加速度和角速度。
导航计算机
用于处理惯性测量单元的测量数据，解算出载体的姿态、速度和位置信息。
控制与显示单元
用于实现人机交互，包括设置导航参数、显示导航信息等。
工作原理简述
学生自我评价报告
知识掌握情况
学生对捷联惯性导航系统的基本原理、解算方法和实现技术有了深入的理解和掌握。
实践能力提升
通过实验和仿真，学生的动手实践能力得到了提升，能够独立完成相关的实验和仿真验证。
团队协作能力
在课程项目中，学生之间的团队协作能力得到了锻炼和提升，能够相互协作完成项目任务。
对未来发展趋势的预测和建议
捷联惯性导航系统的解算方法课件
CATALOGUE
目录
• 捷联惯性导航系统概述 • 捷联惯性导航系统组成及工作原理 • 捷联惯性导航系统解算方法 • 误差分析及补偿策略 • 实验验证与结果展示 • 总结与展望
01
CATALOGUE
捷联惯性导航系统概述
定义与基本原理
定义
捷联惯性导航系统是一种基于惯性测量元件（加速度计和陀螺仪）来测量载体（如飞机、导弹等）的加速度和角速度，并通过积分运算得到载体位置、速度和姿态信息的自主导航系统。
01
高精度、高可靠性
02
多传感器融合技术
随着科技的发展和应用需求的提高，捷联惯性导航系统需要进一步提高精度和可靠性，以满足更高层次的应用需求。
为了克服单一传感器的局限性，可以采用多传感器融合技术，将捷联惯性导航系统与其他传感器进行融合，提高导航系统的性能和鲁棒性。

光纤陀螺捷联旋转式惯导系统关键技术的研究

光纤陀螺捷联旋转式惯导系统关键技术的研究一、引言在现代高精度导航和定位领域，惯性导航系统被广泛应用，而其中光纤陀螺捷联旋转式惯导系统作为一种重要的惯性导航技术，其关键技术的研究至关重要。

本文旨在深入探讨光纤陀螺捷联旋转式惯导系统的关键技术，并对其进行全面评估，以期更好地理解该技术的深度和广度。

二、光纤陀螺捷联旋转式惯导系统的概述光纤陀螺捷联旋转式惯导系统是一种利用光纤陀螺仪和加速度计相结合的惯性导航系统，它通过测量机体在三个轴向的角速度和加速度，从而实现对机体姿态和运动状态的精确测量和跟踪。

在实际应用中，光纤陀螺捷联旋转式惯导系统具有高精度、高稳定性、短时间内实现导航信息的快速更新等优点，因此受到了广泛的关注和研究。

三、关键技术的研究与评估1. 光纤陀螺技术光纤陀螺作为光学陀螺仪的一种，是光纤陀螺捷联旋转式惯导系统的核心组成部分。

其工作原理是利用Sagnac效应测量旋转角速度，通过光的干涉效应实现对角速度的测量和输出。

目前，光纤陀螺技术的关键问题主要包括温度漂移、偏航角误差和线性度等方面的改进和优化。

未来，通过引入新型光纤材料、优化光路设计、提高检测分辨率等手段，可以进一步提高光纤陀螺的性能，实现更高精度的导航和定位。

2. 捷联技术捷联技术是光纤陀螺捷联旋转式惯导系统中另一个关键的技术环节，主要用于实现陀螺和加速度计的信息融合和互补，从而提高系统的整体性能。

当前，捷联技术主要面临的挑战包括陀螺和加速度计之间的误差补偿、状态估计算法的改进和实时性能的优化等方面。

未来的研究方向应着重于利用先进的滤波算法、数据融合技术和卡尔曼滤波理论等方法，不断提高系统的精度和稳定性。

3. 转式惯导系统设计光纤陀螺捷联旋转式惯导系统的设计是整个系统研究中的关键环节之一。

其中，转子设计、机械结构设计和系统布局等方面都对系统的性能和可靠性产生着重要影响。

为了进一步提高系统的精度和鲁棒性，未来的研究方向应包括提高机械结构的稳定性、减小系统的体积和重量、优化传感器布局等方面，以满足不同领域对于导航系统的多样化需求。

光纤陀螺捷联惯导系统罗经法初始对准研究

２１０１年第３０卷第１Ｏ期
传感器与微系统（ｒｎｄｃｒｎｃｏｙｔｍＴｃｎｌｇｓＴａｓｕｅｄＭｉｓｓｅｈｏｉ）ａｒｅｏｅ
５３
光纤陀螺捷联惯导系统罗经法初始对准研究
王海涛
（江大学机械电子控制工程研究所，江杭州３０２）浙浙１０７
光纤陀螺捷联惯性导航系统在未来具有非常广泛的应用前
景。初始对准是捷联惯导系统的关键技术之一，型的初典
实体平台，可以利用罗经效应，完成捷联惯导系统的罗经法对准。经典的捷联惯导系统罗经法初始对准分为２个阶段：解析式粗对准和精对准。但解析式粗对准方法的缺点
ｎｖｇｔｎｓｓｅｉｉｅｙｕｅ．ｏａｓｍｅｈｄｆｒｎｔｌａｉｎｎｓｓｕｉｄａｄｔｅｉｒｖｍｅｔｉｐｏｏｅａｉａｉｙｔｍｓｗｄｌｓｄＣｍｐｓｔｏｏｉａｌｍｅｔｔｄｅｎｈｍｐｏｅｎｓｒｐｓｄｏｉｉｇｉｆｒＳＮｎｓａｉｎｒａｅｗｔｎｎｗｎａｉｔｎｏｉｏｔｌｔｔｄ．ｏｒｓｅｉａｌｎｎｔｏｈｗｏＩＳｏｔｔａｙｂｓｉｕｋｏｚｍｕｈａｄｈｒｚｎａａｔｕｅＦｕ —ｔｐｉｔｌｉｍｅｔｏｈｉｎｉａｇｍｅｈｄｓｏｉｌｓｉａｅｎｓｌｅｉｔｔｒｅｓｅｓｗｉｈａｅｏｉｏｔｌａｉｎｎ，ｚｔｃａｓｌｎｎｎｎｃａｓｃｈｓｂｅｉｉｄｎｏｈｅｔｐｈｃｒｈｒｎａｌｍｅｔａｉｈｏｒｅａｉｍｅｔａｄｍｐｆｉｚｇｍｕｇｃｍｐｓｌｎｎ．ｈｎｔｌｌｎｎｅｔｗｔｈｅｔｏａｅｎｔｔｄｔａｈｌｎｎａｓｕｅｏａｓａｉｍｅｔＴｅｉｉａｉｍｅｔｓｉｔｅｎｗｍｅｈｄｈｓｄｍｏｓａｅｈｔｔｅａｉｍｅｔｎａｓｒｇｉａｇｔｈｒｇｃ

光纤陀螺捷联惯导多位置系统级标定方法

光纤陀螺捷联惯导多位置系统级标定方法标定技术是捷联惯导系统领域的一项关键技术,本质上是一种误差补偿技术。

按照观测量的不同可以分为分立式标定和系统级标定,由于前者在研究方法上比后者更加趋于成熟,因此常常采用分立式标定来确定惯组的数学模型。

分立式标定依靠高精度三轴转台来进行一系列实验来得出陀螺仪与加速计模型中的各项参数,实验步骤多、标定时间长,且标定精度受转台限制无法进一步提升。

为使标定更有效率,越来越多的学者转向系统级标定方法的研究。

本文介绍了两种系统级标定的一般方法,分别是滤波法和解析法,代表了系统级标定的两种不同思路。

相较于解析法,运用滤波的方法来求解标定模型不仅原理简单,而且不涉及复杂的数学推导,精度高,标定路径编排较少。

因此本课题以卡尔曼滤波为基础来进行系统级标定方案的设计。

直接将惯组的待标定参数扩充到状态量中,得到的是一个30维的大系统。

为降低试验设计难度,提高滤波精度,本文对其进行降维处理。

通过引入了一种基于行初等变换的可观测性分析方法,运用该方法可以直观地识别出状态方程中哪些状态独立可观测、哪些状态不可观测、哪些状态非独立可观测。

基于可观测性的分析结果,在原有的状态方程中,保留独立可观测量,剔除不可观测量、合并非独立可观测量,从而达到简化系统方程,降低系统维数的目的。

最后依据降维后的系统,设计出了6个静态位置与6个单轴旋转位置,并对此进行了仿真试验,仿真试验结果表明该方案具有理论可行性。

之后进行了实际转台试验,将其与分立式标定结果进行比较。

通过对比四组五级海况实验的姿态变化曲线,可以清晰的看出系统级方案的补偿效果整体上优于分立式标定,故而这种基于降维后的系统级标定滤波方案具有一定的工程实践价值。

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ｃｎｅｓｏ，ｔｇａｅｔｅｄｔｓｔａｅｄｂｎｒａｄｖｃｓｃｒｎｇｅｔｃｌｕａａｔｉｌｉｏｖｒｉｎｉｅｒｔａｔｅｙｉｅｔｅｉａｒｏｒａａｃｌｔｑｎｉｓａｔｑｃｎｈａｈｎｉｅｙｅｕｙｔｍｉｏｕｋｒｃｎａｔｙｔ，ｅｔｒｏｅｉｔＰＡ ’ ＩＯａｄｉｉａｌｋｕｏＴ３０Ｃ３ｓｒａｕｅｏｏｔｃｓｓｍｔｎｓｅｔｓｏＦＧｅｈｏｈｎＳＦＦｎｔｔｂａｏｔｔＭＳ２Ｖ３，ｐｅｄａｒｔｆｎｉｅｃｏ
维普资讯
２０年第１０８期
中图分类号：Ｐ９．１Ｔ３１４文献标识码：Ａ文章编号：０９５２２０）１３２０１０ —２５（０８Ｏ —０７ — ３
Ｖ３＋ＦＧＣ３ＰＡ光纤陀螺捷联惯导系统
梁谷，孙尧
Ａｂｔａｔｈｓｐｓａｅｄａｓｉｈｐｂｓｄｏ２ｉｆａｉｇｐｉｔＤＰｃｉＭＳ２Ｖ３ｆＩｃｍｐｎ，ｓｒｃ：Ｔｉａｓｇｅｌｔｃｉａｅｎ３ｂｔｏｔｏｎＳｈｐＴ３０Ｃ３ｏｏａｙｗｈｌｎＴｉｅｏｍａｃｒｅｍｔｓｈｇ，ｎｔｉｅｐｃａｙｓｉｂｅｆｒｇｅｔｃｃｌｔｑａｔｙｓｌｒｔｉｋｔｐｒｒｎｅｐｃｉｉｉｈａｄｉｓｓｉｌｕｔｌｏｒａａｕａｅｕｉｉａｏｑｃｓｆｉｏｅｌａｌｎｔｍｉｕｃｎａｔｓｓｍ，ｅｉｎｅｏｓｒａｔｓａｄｔｅｓｔａｉｎｏｉｈｃｍｐｔｔｎｃｕａｙＦＧＡｈｃｖｏｔｃｙｔｄｓｇｓｒｕｅｉｉｔｆ．ｏｕｉａａｃｒｒ．Ｐａａｔｅｅｉｒｉｌｍｅｎｈｕｏｈｇａｏｌｓｉｃｎｔｕｔｎｐｅｔｕｎｅａｅａｄｉｓｉｒｕａｉａｉｅｉ，ｏｖｎｅｔａｔｄａｄｅｐｎ．ｏｔｉｏｓｃｉ，ｌｎｉｌｉｔｒｃ，ｔｕｔｔｒｌｒｔｎｄｓｎｃｎｅｉｎｔｎｘｅｄＳｈｓｒｏｆｆｎｓｏ￣ｌｚｏｇｅｎｓｓｅａｏｔＤＳ＋ＦＧｎｔｃｉｎｓｓｍ。ＯｅｉｕｅｆＡｔｒｏａｙｗｉｈｒｃｉｙｙｔｍｄｐＰｓＰＡｃｓｒｔｙｔｏｕｏｅＦＧｓｒｎｍｂｒｏｌａｃｍｐｌａｅｎ，ｈｃｅｅｖｂｄｅＣｃｎｅａ ’ Ｐ６４ｔｎｆｒ３ｂｔａｏｍａｄｃｎｒｌｑａｔａｃｌｒｍｅｅｌｐｔ ’ ／ｙｌｅｓｒｓＥ１Ｔ１４．ａｓｅｓｔ２ｉｄｔｆｒｔｏｉｌＣｒｏａｎａｏｔｓｕｒｃｅｅｏｚｏｔｒｍｕｔａｈｓＡＤｉ
ＳｓｅｆＦＧｔａｄｗｎｉｅｔａａｉａｉｎｙｔｍｏＯｓｒｐｏｎｒｉｌｎｖｇｔｏｍａｅｏｄｆＶＣ３ｎＰＧ３ａｄＦＡ
Ｕ．ＡＮＧＧｕ．ＳＵＮｏＹａ
（ｄｏｌｆｕｏａｏ，ａｂｎＦｉｅｉｎｅｓｙＨｒｉ５０１Ｃｉ）ＳａｏｔｍｔｎＨｒｉ￣ｎｒｇＵｉｒｉ，ａｂ１００，ｈｎｏＡｉｅｎｖｔｎａ
（哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨１００）５３１
摘
要：以，公司的３ｂ浮点ＤＰ兀２ｉｔＳ芯片ＴＳ２Ｖ３为核心处理芯片，其性价比高，特别适合Ｍ３０Ｃ３
于类似捷联系统解算量大，实时性要求高，以及计算精度要求高的场合。ＦＧＰＡ结构灵活，接口
丰富，适合模块化设计，易于维护和扩展，因此采用ＤＰ＋ＦＧＳＰＡ构建系统。由Ａｅ公司Ｃ— ｈｒａｙ
Байду номын сангаас
ｃｎｌｅ系列的Ｅ１６１接收ＦＧ的串行数据，转换成３ｂ数据格式，并控制石英加速度计多通ｏＰＣＴ４４Ｏ２ｉｔ
道的ＡＤ转换，将惯性器件进行一次捷联解算所需要的数据组合起来存储于ＦＧ内部的ＦＦ／ＰＡＩＯ
中，并向ＴＳ２Ｖ３发起中断，扩展了一路Ｒ４２串口，与远程计算机通讯。ＤＰＭ３０Ｃ３Ｓ２Ｓ响应中断，
从ＦＧＰＡ中读取陀螺、加速度计的数字信号，并用四元数法解算载体的姿态。
关键词：ＤＰｌＳ；ＦｅＡ；光纤捷联系统；ＦＦＩＯｔ