于飛，阮雙雙

（1.哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001；2.哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001）

光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案

于飛1，阮雙雙2

（1.哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001；2.哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001）

針對(duì)目前常用的雙軸旋轉(zhuǎn)方案對(duì)慣性器件的標(biāo)度因數(shù)誤差和安裝誤差的調(diào)制不完全的缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案。該方法通過(guò)逐步分析系統(tǒng)的誤差傳播特性，設(shè)計(jì)每一轉(zhuǎn)動(dòng)次序的轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使前后次序殘余的器件誤差互相抵消，從而提高了雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制的效果，滿足了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)自主導(dǎo)航精度的要求。對(duì)實(shí)驗(yàn)室常用的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案和改進(jìn)的方案進(jìn)行了對(duì)比研究，仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的雙軸旋轉(zhuǎn)方案的速度誤差和定位誤差曲線的周期振蕩幅值較原方案顯著減小，而且誤差曲線整體發(fā)散的速度也非常緩慢。

光纖捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)；慣性器件誤差；雙軸旋轉(zhuǎn)方案；殘余誤差；周期振幅；自主導(dǎo)航；系統(tǒng)精度

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，在慣性器件精度達(dá)到一定要求后，采用補(bǔ)償慣性器件偏差的方法來(lái)進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能是實(shí)現(xiàn)更高精度導(dǎo)航的一個(gè)途徑［1-2］。Sperry Marine公司早在20世紀(jì)80年代初就投入艦船用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)研制工作中，并于1987～1991年陸續(xù)推出了MK39 Mod3C［3］、AN／WSN-7B［4］和MK49［5］旋轉(zhuǎn)調(diào)制型激光陀螺SINS（strapdown inertial navigation system）。光纖陀螺與激光陀螺相比具有結(jié)構(gòu)組成與制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、可靠性與精度的潛力更大等許多特點(diǎn)，由Boeing公司［6］領(lǐng)軍完成的高精度光纖陀螺SINS中也應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)，相關(guān)的研究工作［7-9］表明旋轉(zhuǎn)調(diào)技術(shù)也可用于光纖陀螺SINS。雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制效果主要取決于方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)目前可見(jiàn)參考文獻(xiàn)報(bào)道，光纖陀螺旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)的研究主要集中在誤差分析［10］、初始對(duì)準(zhǔn)［11］和系統(tǒng)標(biāo)定［12］等方面，對(duì)雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案的設(shè)計(jì)與分析則相對(duì)較少。在利用原有的雙軸旋轉(zhuǎn)方案［13］在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行雙軸導(dǎo)航試驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)航精度總是難以達(dá)到指定水平，尤其是更換了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的某個(gè)陀螺部件后，再利用原有的雙軸旋轉(zhuǎn)方案進(jìn)行的雙軸導(dǎo)航試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與陀螺部件更換前的雙軸導(dǎo)航試驗(yàn)相比差了很多，而實(shí)際上更換的陀螺比原組陀螺性能要高許多。本文的研究工作正是基于上述問(wèn)題開(kāi)展的，通過(guò)分析雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案的基本原則，詳細(xì)研究了最優(yōu)雙軸旋轉(zhuǎn)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程與整個(gè)方案與系統(tǒng)導(dǎo)航精度之間的關(guān)系；最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)方案的實(shí)用性與優(yōu)越性。

1 雙軸旋轉(zhuǎn)方案設(shè)計(jì)的基本原則

雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制是一項(xiàng)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)IMU將慣性測(cè)量元件的輸出誤差調(diào)制成周期變化形式的技術(shù)。在導(dǎo)航解算的過(guò)程中，利用積分運(yùn)算自動(dòng)將器件誤差平均為零，從而提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。

雙軸旋轉(zhuǎn)SINS的誤差方程：

式中：s系表示IMU坐標(biāo)系，b系表示載體坐標(biāo)系，n系表示地理坐標(biāo)系，φ表示誤差角，V和δV分別表示速度和速度誤差，ω和δω分別表示角速度和角速度誤差，f和δf表示比力和加速度計(jì)測(cè)量誤差，δg表示重力偏差，表示從1坐標(biāo)系到2坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。本文所選取的導(dǎo)航坐標(biāo)系是地理坐標(biāo)系，為了分析問(wèn)題更簡(jiǎn)潔，文中假設(shè)載體坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系重合。加速度計(jì)誤差與陀螺儀誤差的調(diào)制形式相同，本文就只分析陀螺儀的輸出誤差的調(diào)制過(guò)程。

假設(shè)初始時(shí)刻IMU坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系重合，不考慮載體運(yùn)動(dòng)速度，則

IMU在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中陀螺輸出誤差角速度δωsis在地理坐標(biāo)系下的投影為

將式（2）和式（6）代入式（5）中，得IMU輸出誤差在地理坐標(biāo)系下的投影為

由式（7）可知，在單次的旋轉(zhuǎn)調(diào)制過(guò)程中，慣性器件的輸出誤差在地理坐標(biāo)系下的投影有5種形式：1）常值形式的誤差項(xiàng)（以下稱為直流分量）；2）被調(diào)制為sin α形式的誤差項(xiàng)；3）被調(diào)制為cos α形式的誤差項(xiàng)；4）被調(diào)制為sin（2α）形式的誤差項(xiàng)；5）被調(diào)制為cos（2α）形式的誤差項(xiàng)。

對(duì)式（7）在α∈0，π[]范圍進(jìn)行積分，將該過(guò)程分解為對(duì)式（7）中5種形式的誤差單獨(dú)積分，其結(jié)果如下：

式中：Ci（i＝1，2，3，4，5）表示由陀螺常值漂移、安裝誤差和標(biāo)度因數(shù)誤差組成的常系數(shù)。由式（8）得，δ在單次轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)積分，只有1）和2）兩種形式的誤差項(xiàng)不能被平均為零，因而被作為殘余誤差持續(xù)累積。好的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案必須保證殘余誤差在后續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可以相互抵消，因此殘余誤差的傳播特性是設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)方案的關(guān)鍵。

2 改進(jìn)的雙軸旋轉(zhuǎn)方案設(shè)計(jì)

在雙軸旋轉(zhuǎn)方案中，2根轉(zhuǎn)軸交替旋轉(zhuǎn)，新IMU坐標(biāo)系與原IMU坐標(biāo)系的三軸在每次轉(zhuǎn)過(guò)180°后仍然互相平行，因此同轉(zhuǎn)軸的前后兩次旋轉(zhuǎn)具有相似的殘余誤差分量。第1次轉(zhuǎn)動(dòng)次序確定后，首先考慮同轉(zhuǎn)軸的第2次轉(zhuǎn)動(dòng)的方向選取問(wèn)題；在1、3次序確定后，接下來(lái)考慮2、4次序的方向選取問(wèn)題；在前4次序設(shè)計(jì)完成后，最后考慮雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案的整體關(guān)系。

2.1 同軸旋轉(zhuǎn)方向選取

旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案的好壞取決于逐次轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中殘余誤差之間互相抵消的效果，殘余誤差由直流分量和被調(diào)制為sin α形式的誤差組成。IMU在次序1繞zs軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)180°，通過(guò)式（7）可得此次轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的殘余誤差在地理坐標(biāo)系各軸分量見(jiàn)表1。次序1確定后，首先考慮次序3的轉(zhuǎn)動(dòng)方向問(wèn)題。假設(shè)1次序3正轉(zhuǎn)，則此次轉(zhuǎn)動(dòng)方向余弦矩陣（不受次序2的轉(zhuǎn)動(dòng)方向影響）為

表1 次序1的殘余誤差（正轉(zhuǎn)）Table 1 The residual errors of order one（positive）

表1和表2中，符號(hào)相反的同軸分量可以互相抵消。因此東向殘余誤差中，安裝誤差與地球自轉(zhuǎn)角速度分量引起的常值誤差以及地球自轉(zhuǎn)角速度分量與安裝誤差耦合引起的sin α項(xiàng)可以被抵消；北向殘余誤差中，被調(diào)制成sin α形式的東向陀螺漂移誤差以及ω與安裝誤差耦合誤差可以被抵消；天向殘余誤差中，天向陀螺漂移引起的常值誤差以及ω與標(biāo)度因數(shù)誤差耦合誤差可以被抵消。

假設(shè)2次序3是反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向余弦矩陣為

利用式（2）、式（5）和式（10），獲得IMU輸出誤差在地理坐標(biāo)系下的投影，并將殘余誤差列入表3中。對(duì)比表1和表3，東向殘余誤差中，被調(diào)制成sin α形式的北向陀螺漂移可以被抵消；北向殘余誤差中，地球自轉(zhuǎn)角速度分量以及ω與安裝誤差的耦合誤差可以被抵消；天向殘余誤差中，天向陀螺漂移引起的常值誤差和地球自轉(zhuǎn)角速度分量與安裝誤差的耦合誤差可以被抵消。

表2 次序3的殘余誤差（正轉(zhuǎn)）Table 2 The residual errors of order three（positive）

表3 次序3的殘余誤差（反轉(zhuǎn)）Table 3 The residual errors of order three（negative）

假設(shè)1可以更多地抵消ω與安裝誤差和標(biāo)度因數(shù)誤差耦合引起的殘余誤差在地理坐標(biāo)軸上的分量；而假設(shè)2中ω引起的誤差分別在地理坐標(biāo)系的東向和天向再次積累?？紤]到ω遠(yuǎn)大于地球自轉(zhuǎn)角速度，由ω引起的誤差遠(yuǎn)大于其他殘余誤差，因此次序3正轉(zhuǎn)更有助于提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)精度，尤其是在ω較大時(shí)，假設(shè)1的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。圖1是針對(duì)假設(shè)1和假設(shè)2設(shè)計(jì)的4次序轉(zhuǎn)動(dòng)方案仿真對(duì)比。假設(shè)1：zs＋，ys－，zs＋，ys－；假設(shè)2：zs＋，ys－，zs－，ys＋。

圖1 假設(shè)1與假設(shè)2對(duì)比圖Fig.1 The contrast of hypothesis 1 and hypothesis 2

結(jié)論1：在雙軸旋轉(zhuǎn)方案中，每一對(duì)同軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向都必須相同，從而保證ω引起的誤差能夠在2次同軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中完全抵消。

2.2 異軸旋轉(zhuǎn)方向選取

在次序1的轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)方向選定以后，次序2的轉(zhuǎn)軸是固定的，而次序2轉(zhuǎn)動(dòng)方向是決定雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制效果的關(guān)鍵。

假設(shè)3次序2繞ys軸反轉(zhuǎn)180°，轉(zhuǎn)動(dòng)方向余弦矩陣為

利用式（2）、式（5）和式（11），可獲得IMU輸出誤差在地理坐標(biāo)系下的投影，將投影結(jié)果中殘余誤差項(xiàng)列入表4中。

表4 次序2的殘余誤差（反轉(zhuǎn)）Table 4 The residual errors of order two（negative）

根據(jù)結(jié)論1，次序4也繞ys軸反轉(zhuǎn)180°，轉(zhuǎn)動(dòng)方向余弦矩陣為

同理利用式（2）、式（5）和式（12），可獲得殘余誤差在地理坐標(biāo)系各軸上的分量見(jiàn)表5。

表5 次序4的殘余誤差（反轉(zhuǎn)）Table 5 The residual errors of order four（negative）

對(duì)比表4和表5，在地理坐標(biāo)系的東向、北向和天向的殘余誤差分量中，與ω耦合的誤差項(xiàng)均可互相抵消，這再一次驗(yàn)證了結(jié)論1的正確性。

對(duì)比表1和表4，東向殘余誤差中，被調(diào)制成sin α形式的陀螺漂移誤差項(xiàng)符號(hào)相反；北向殘余誤差中，地球自轉(zhuǎn)角速度分量與安裝誤差的耦合誤差符號(hào)相反；天向殘余誤差中，地球自轉(zhuǎn)角速度分量與安裝誤差的耦合誤差也符號(hào)相反。在實(shí)際系統(tǒng)中，3個(gè)陀螺的誤差系數(shù)不等，因此表1和表4中對(duì)應(yīng)的符號(hào)相反的殘余誤差項(xiàng)只能局部相消。如果系統(tǒng)中3個(gè)陀螺儀的性能相差不大，殘余誤差系數(shù)對(duì)應(yīng)相減可以使誤差基本都能抵消，從而提高導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。因此隨意更換系統(tǒng)中某個(gè)慣性測(cè)量部件對(duì)雙軸導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更有可能降低系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。比較表2和表5也有相同的結(jié)論。

假設(shè)4次序2繞ys軸正轉(zhuǎn)180°，轉(zhuǎn)動(dòng)方向余弦矩陣為

同理利用式（2）、式（5）和式（13），可獲得殘余誤差在地理坐標(biāo)系各軸上的分量見(jiàn)表6。

表6 次序2的殘余誤差（正轉(zhuǎn)）Table 6 The residual errors of order two（positive）

表6中由ω引起的殘余誤差和一些較大的直流分量誤差可與次序4的正轉(zhuǎn)后的殘余誤差抵消，此處不再給出系統(tǒng)在次序4繞ys軸正轉(zhuǎn)180°的殘余誤差表。比較表1和表6，不考慮同軸對(duì)之間被抵消的殘余誤差項(xiàng)，其他殘余誤差項(xiàng)符號(hào)完全相同。

因此假設(shè)3能部分抵消同軸對(duì)之間無(wú)法消除的殘余誤差，從而提高系統(tǒng)精度；假設(shè)4對(duì)系統(tǒng)精度沒(méi)有改善。圖2是在旋轉(zhuǎn)方案結(jié)論1的基礎(chǔ)上針對(duì)假設(shè)3與假設(shè)4設(shè)計(jì)的4次序轉(zhuǎn)動(dòng)仿真結(jié)果對(duì)比。假設(shè)3是zs＋，ys－，zs＋，ys－；假設(shè)4是zs＋，ys＋，zs＋，ys＋。

結(jié)論2：在雙軸旋轉(zhuǎn)方案中，每一對(duì)異軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向都必須相反，從而進(jìn)一步抵消系統(tǒng)中的殘余誤差。

圖2 假設(shè)3與假設(shè)4對(duì)比圖Fig.2 The contrast of hypothesis 3 and hypothesis 4

2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)次序整體關(guān)系

在結(jié)論1和結(jié)論2的基礎(chǔ)下，可確定雙軸旋轉(zhuǎn)方案的前4次序。IMU經(jīng)過(guò)4次轉(zhuǎn)動(dòng)后，回到原位置a。在前4次旋轉(zhuǎn)中，慣性器件的輸出誤差在地理坐標(biāo)系下的分量仍不能完全調(diào)制為零。如果次序5～8的轉(zhuǎn)軸與次序1～4的相同，轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，由假設(shè)2和假設(shè)4中對(duì)應(yīng)的殘余誤差表可知，前8次序中地球自轉(zhuǎn)角速度分量與陀螺標(biāo)度因數(shù)誤差以及安裝誤差的耦合項(xiàng)的積分結(jié)果將持續(xù)積累。如果安裝誤差為2″，標(biāo)度因數(shù)誤差為10－5，地理緯度為45.77°，則地球自轉(zhuǎn)角速度分量與陀螺標(biāo)度因數(shù)誤差以及安裝誤差的耦合項(xiàng)等效于給東向、北向和天向各自加0.000 1（°）／h的常值“陀螺漂移”，它們將隨時(shí)間增長(zhǎng)，給系統(tǒng)造成較大的誤差。為了進(jìn)一步抵消前4次序中地球自轉(zhuǎn)角速度分量引起的誤差，設(shè)計(jì)次序5～8的轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖4所示。

在實(shí)際的系統(tǒng)中，3個(gè)陀螺儀和3個(gè)加速度計(jì)的差異會(huì)比較大，導(dǎo)致前8次序中的殘余誤差不能完全互相抵消，給系統(tǒng)補(bǔ)一組對(duì)稱的轉(zhuǎn)動(dòng)序列使其與前8次序共同構(gòu)成16次序雙軸旋轉(zhuǎn)方案，次序9～16的轉(zhuǎn)動(dòng)方案圖如圖5所示。

圖3 次序1到次序4轉(zhuǎn)動(dòng)方案圖Fig.3 The rotating scheme from order 1 to order 4

圖4 次序5～8轉(zhuǎn)動(dòng)方案圖Fig.4 The rotating scheme from order 5 to order 8

圖5 次序9到次序16轉(zhuǎn)動(dòng)方案圖Fig.5 The rotating scheme from order 9 to order 16

圖3 ～5給出了改進(jìn)的16次序雙軸旋轉(zhuǎn)方案的轉(zhuǎn)位圖。將常用的雙軸旋轉(zhuǎn)方案［13?整理到表7中。

表7 常用的雙軸旋轉(zhuǎn)方案Table 7 The commonly used dual-axis rotating scheme

3 仿真與試驗(yàn)分析

根據(jù)上述改進(jìn)的方案給出仿真驗(yàn)證，仿真器件誤差值如下：陀螺常值漂移為0.001（°）／h；加速度計(jì)零偏為5×10－5g；陀螺和加速度計(jì)標(biāo)度因數(shù)誤差為10－5；陀螺和加速度計(jì)安裝誤差角為2″，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為20（°）／h，在每個(gè)位置停止45 s，將改進(jìn)的方案與常用方案比較，結(jié)果如圖6～8。

圖6 陀螺儀誤差在地理系下積分Fig.6 The integral of gyro errors

圖7 定位誤差仿真Fig.7 Position errors in simulation

仿真結(jié)果中，改進(jìn)方案和常用方案的定位誤差最大值分別為0.4 nmile和0.74 nmile；速度誤差的最大值分別為0.5 m／s和1 m／s。圖6是陀螺儀誤差輸出值在地理坐標(biāo)系下的投影隨時(shí)間積分的結(jié)果，改進(jìn)方案和常用方案中的器件誤差都可以被周期的調(diào)制平均為零，而改進(jìn)方案的優(yōu)勢(shì)在于，器件誤差積分曲線的振蕩幅度小，實(shí)時(shí)導(dǎo)航精度更高。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證改進(jìn)方案的優(yōu)越性，利用實(shí)驗(yàn)室的高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)和教研室自研的光纖陀螺SINS進(jìn)行了多次雙軸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，實(shí)物見(jiàn)圖9。實(shí)驗(yàn)室所用的高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的性能指標(biāo)如表8。

圖8 速度誤差仿真Fig.8 Velocity errors in simulation

圖9 3轉(zhuǎn)臺(tái)和光纖捷聯(lián)系統(tǒng)Fig.9 SGT-3 turntable and fiber SINS

表8 SGT-3型慣性測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)主要性能指標(biāo)Table 8 Performance indexes of SGT-3 turntable

雙軸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)參數(shù)如下：轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為20（°）／h，在每個(gè)位置停止45 s，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后預(yù)熱1 h。圖10～11是實(shí)驗(yàn)室24 h雙軸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)的結(jié)果，改進(jìn)方案和常用方案的定位誤差最大值分別為2.3 nmile和4.8 nmile；速度誤差的最大值分別為2.8 m／s和7 m／s，改進(jìn)方案明顯優(yōu)于目前常用方案。

對(duì)系統(tǒng)引入多普勒計(jì)程儀的速度進(jìn)行阻尼，其結(jié)果如圖12～13。由圖12和圖13結(jié)果可得，引入外速度對(duì)系統(tǒng)阻尼以后，改進(jìn)方案和常用方案的定位誤差最大值分別為1.5 nmile和3 nmile；速度誤差的最大值分別為0.5 m／s和2 m／s。阻尼后改進(jìn)方案與常用方案的精度都有一定的改善，由于改進(jìn)方案中器件誤差已經(jīng)基本被調(diào)制平均，因此外速度的引入對(duì)其精度的改進(jìn)作用有限。

圖10 定位誤差試驗(yàn)Fig.10 Position errors in experiment

圖11 速度誤差試驗(yàn)Fig.11 Velocity errors in experiment

圖12 阻尼定位誤差試驗(yàn)Fig.12 Position errors in experiment with damp

圖13 阻尼速度誤差試驗(yàn)Fig.13 Velocity errors in experiment with damp

4 結(jié)束語(yǔ)

為了解決光纖陀螺SINS中因原雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案不足而引起系統(tǒng)自主導(dǎo)航精度不理想的問(wèn)題，本文通過(guò)分析殘余誤差的傳播特性，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的雙軸旋轉(zhuǎn)方案。分析結(jié)果表明系統(tǒng)精度不僅取決于雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案，還取決于慣性測(cè)量元件的性能參數(shù)之間的一致性。從仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，改進(jìn)的雙軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案的定位誤差由原方案中的4.8 nmile減小到2.3 nmile，阻尼后定位誤差由原方案中的3 nmile減小到1.5 nmile，這說(shuō)明了改進(jìn)的雙軸旋轉(zhuǎn)方案能提高系統(tǒng)的精度。本文的研究?jī)?nèi)容為雙軸旋轉(zhuǎn)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。

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Dual-axis rotating scheme for fiber strapdown inertial navigation system

YU Fei1，RUAN Shuangshuang2
（1.College of Science，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China；2.College of Automation，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

In order to further counteract the incomplete modulation to inertial sensors'scale errors and installation errors in the commonly used dual-axis rotating scheme at present，an improved dual-axis rotating scheme was proposed.By analyzing the propagation characteristics of system errors stage by stage，the rotation axis and direction of each rotation were designed respectively so as to counteract the residual errors of device in sequence，thereby improving the modulating effects of dual-axis rotating and meeting the self-navigation accuracy requirements of SINS（strapdown inertial navigation system）.The proposed scheme was compared with the commonly used scheme in laboratory，and simulation and experiment results showed that the amplitude of the improved scheme's velocity errors and position errors curve is remarkably smaller than that of the commonly used scheme，and the errors'overall divergence speed is very slow.

fiber strapdown inertial navigation system；inertial sensor errors；dual-axis rotating scheme；residual error；periodical amplitude；self-navigation；system accuracy

10.3969／j.issn.1006-7043.201312025

http：／／www.cnki.net／kcms／doi／10.3969／j.issn.1006-7043.201312025.html

U666.1

A

1006-7043（2014）12-1536-07

2013-12-10.網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014-12-02.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51379047）.

于飛（1974-），男，教授，博士生導(dǎo)師；阮雙雙（1988-），女，碩士研究生.

阮雙雙，E-mail：Ruanss_hrbeu＠163.com.