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针对清华大学引进的L-1型环形激光陀螺(RLG)的特点:体积较大,腔长44cm;阈值较低,优于100°/h;采用全反射棱镜取代高质量反射镜,成本较低,研制该RLG的一种新的信号读出及抖动滤除电路具有重大的工程实际意义。为了减小该型RLG的腔长,读出信号的细分技术是必须研究的。
目前,以RLG构成的捷联惯性导航系统(LINS)以其结构简单,价格低廉,在国外的飞机、舰船上已取代了传统的平台式惯性导航系统(INS)。国内许多单位正在研制LINS,包括军民两用的陆地LINS。针对清华大学引进的I-42-1S型LINS,为了满足该LINS的使用精度要求,研究该LINS的校准技术及测试设备在使用中都是必要的。
在本论文研究L-1型RLG的读出系统及I-42-1S型LINS的误差校准技术的过程中,获得以下创新的成果。
(1)新研制了L-1型RLG的读出系统,其核心器件选用FPGA器件。在此读出系统中,首先研究了RLG抖动偏频的设计原则及原理性误差;第二研究了信号四倍频技术,提高了RLG的分辨率,降低了量化噪声;第三研究了对RLG信号的高频采样,最高采样频率可达23kHz,为采用数字信号处理(DSP)技术滤除抖动及载体高频扰动打下基础。实验研究表明,新研制的读出系统与原读出电路相比,抖动偏频解调后没有明显的随机噪声,RLG的零偏稳定性得到了提高。
(2)采用了频域和时域两种方法,包括Allan方差法,分析了RLG的各项误差模型,辨识了L-1型RLG的随机误差模型。利用自适应ARMA模型对RLG的输出信号建模,并基于该模型设计了Kalman滤波器。实验研究结果表明,采用上述成果的RLG在精度上得到了提高。
(3)结合国内外LINS校准技术的发展情况,提出了一种新的LINS校准方法—分离变量法。设计并研制了校准专用的三轴转台,利用多位置翻滚的方法,通过对误差系数的解耦,采用作者开发的专用校准计算软件,保证了I-42-1S型LINS校准的精度。实验研究结果表明,作者提出的校准方法效果明显,容易判断每一项误差系数在LINS中对导航信号精度的影响及补偿效果,整个校准过程的时间<3h,适合工程上使用。
针对L-1型RLG,提出了将来L-1型RLG的改进方案。论文提出的方案为我国研制具有我国特色的小型化RLG的设计和研制提供了参考。考虑到我国的镀膜工艺水平和降低成本,采用全反射式棱镜结构的RLG是适合我国国情的。