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第1章 光纤陀螺随机误差的建模与滤波 1

1.1 光纤陀螺的误差 1

1.1.1 光路误差 1

1.1.2 电路误差 3

1.1.3 环境误差 4

1.2 光纤陀螺的阿伦方差分析 5

1.2.1 阿伦方差分析 5

1.2.2 光纤陀螺噪声分析 5

1.2.3 阿伦方差法估计的可信度 8

1.2.4 用阿伦方差法分析光纤陀螺的误差模型 8

1.3 光纤陀螺的ARMA模型 11

1.3.1 时间序列分析 11

1.3.2 ARMA（n，m）模型 11

1.3.3 光纤陀螺误差的ARMA模型 13

1.3.4 光纤陀螺随机误差模型 17

1.4 光纤陀螺随机误差的在线建模与实时滤波 17

1.4.1 光纤陀螺随机误差的在线建模 17

1.4.2 光纤陀螺随机误差的实时滤波 18

1.5 光纤陀螺随机误差在线建模与滤波的应用 19

1.5.1 在提高光纤陀螺精度方面的应用 19

1.5.2 在光纤惯导系统初始对准中的应用 21

1.5.3 在光纤惯导系统静态导航中的应用 21

1.6 小结 23

第2章 光纤陀螺角随机游走对光纤惯导系统的影响 25

2.1 研究光纤陀螺角随机游走的意义和背景 25

2.2 角随机游走系数的概念 26

2.2.1 角随机游走系数的定义 26

2.2.2 角随机游走的单位 26

2.2.3 角随机游走系数计算方法 27

2.3 光纤陀螺角随机游走产生的原因以及对角随机游走的理解 27

2.3.1 光纤陀螺角随机游走产生的原因 27

2.3.2 对角随机游走的理解 27

2.4 光纤陀螺角随机游走与漂移的区别 28

2.5 光纤陀螺角随机游走与惯导系统误差的关系以及对导航系统的影响 29

2.5.1 研究光纤陀螺角随机游走对惯导系统影响的方法 29

2.5.2 推导角随机游走对惯导系统静态导航影响的公式 30

2.5.3 光纤陀螺角随机游走产生的静态导航误差 33

2.5.4 结论 42

2.6 今后需要解决的问题 44

2.7 角随机游走与控制系统的关系 44

2.8 小结 44

第3章 车载光纤惯导系统初始对准与导航技术研究 46

3.1 车载光纤惯导系统粗对准中摆动误差补偿方法 46

3.1.1 车体摆动状态下的粗对准 46

3.1.2 车体摆动误差的特点 48

3.1.3 车体摆动误差的补偿原理 48

3.1.4 车体摆动误差补偿后的粗对准仿真 49

3.1.5 结论 50

3.2 车载光纤惯导系统摇摆状态下的精对准 50

3.2.1 摇摆状态下光纤惯导系统的误差模型 50

3.2.2 摇摆状态下光纤惯导系统精对准仿真 51

3.2.3 结论 52

3.3 光纤惯导系统精对准过程中光纤陀螺的随机误差模型 52

3.3.1 光纤陀螺误差模型为随机常数时的静态精对准 52

3.3.2 光纤陀螺误差模型为一阶马尔可夫过程时的静态精对准 54

3.3.3 光纤陀螺捷联惯导系统精对准过程中的光纤陀螺随机误差模型 56

3.4 光纤惯导系统导航过程中光纤陀螺的随机误差模型 56

3.4.1 光纤陀螺捷联式惯导系统的组合导航方式 56

3.4.2 光纤陀螺误差模型为随机常数时的组合导航 57

3.4.3 光纤陀螺误差模型为一阶马尔可夫过程时的组合导航 57

3.4.4 光纤惯导系统综合校正中的光纤陀螺随机误差模型 58

3.5 小结 58

第4章 光纤惯组姿态更新的旋转矢量算法 60

4.1 姿态测量误差产生的机理 60

4.1.1 捷联惯组姿态测量误差产生原理 60

4.1.2 捷联惯组的速度误差产生原理 61

4.1.3 捷联惯组的位置误差产生原理 62

4.1.4 捷联惯组产生姿态测量误差的主要因素 63

4.2 姿态更新算法概述 64

4.3 旋转矢量算法 66

4.4 基于角速率的旋转矢量算法 66

4.4.1 基于角速率的二子样旋转矢量算法 66

4.4.2 基于角速率的三子样旋转矢量算法 70

4.4.3 基于角速率的旋转矢量算法的讨论 72

4.4.4 基于角速率的旋转矢量算法仿真 72

4.5 基于角增量的旋转矢量算法及其与基于角速率的旋转矢量算法的等效性 74

4.5.1 基于角增量的旋转矢量算法 74

4.5.2 基于角增量与基于角速率的旋转矢量算法的等效性 75

4.6 旋转矢量算法的子样数的确定 78

4.6.1 基于角速率输入的旋转矢量算法 78

4.6.2 仿真条件 79

4.6.3 评价标准 79

4.6.4 光纤惯组的采样周期为3ms时的仿真结果 79

4.6.5 光纤惯组的采样周期为5ms时的仿真结果 80

4.6.6 仿真结论 81

4.7 综合旋转矢量计算周期的前周期、本周期的角速率信息，建立新的旋转矢量算法 81

4.7.1 综合利用旋转矢量计算周期的前周期、本周期所有角速率信息的二子样旋转矢量算法 82

4.7.2 综合利用旋转矢量计算周期的前周期、本周期所有角速率信息的三子样旋转矢量算法 85

4.8 旋转矢量算法与四元数的四阶龙格-库塔算法的比较 89

4.8.1 四元数的四阶龙格-库塔算法 89

4.8.2 基于角速率输入的二子样旋转矢量算法 90

4.8.3 基于角速率输入的三子样旋转矢量算法 90

4.8.4 仿真比较 90

4.8.5 仿真结论 93

4.9 旋转矢量算法的圆锥补偿误差的变化规律 93

4.9.1 基于角速率的旋转矢量算法 93

4.9.2 圆锥补偿误差与采样频率及圆锥运动频率的关系 94

4.9.3 基于角速率的旋转矢量算法仿真 94

4.9.4 结论 96

4.10 小结 96

第5章 光纤惯导系统动态自对准技术研究 98

5.1 研究背景与国内外研究概况 98

5.1.1 研究背景 98

5.1.2 国内外研究概况 99

5.2 光纤陀螺捷联惯导系统的动态粗对准原理 100

5.2.1 重力加速度旋转原理 100

5.2.2 载体摇摆时的粗对准算法 101

5.2.3 粗对准算法仿真 106

5.3 光纤陀螺捷联惯导系统的精对准原理 111

5.3.1 惯导系统误差方程 111

5.3.2 最优估计法实现精对准 116

5.4 光纤惯导动态自对准中的误差分析与补偿 119

5.4.1 摇摆基座上SINS自对准中的误差来源 119

5.4.2 C i60 b的圆锥误差补偿算法比较 120

5.4.3 各种算法的自对准精度仿真与实验结果 123

5.4.4 结论 124

5.5 基于动态自对准技术的高精度光纤惯导系统的设计与实现 124

5.5.1 功能和主要技术指标 124

5.5.2 动态自对准软件流程图 125

5.5.3 组合导航 126

5.5.4 采用的主要技术及特点 127

5.6 小结 128

第6章 光纤惯导/卫星组合导航系统的故障预测研究 130

6.1 系统级故障预测 130

6.1.1 系统级故障的概念 130

6.1.2 故障预测的原理 131

6.1.3 系统级故障预测的分类 131

6.2 基于加速应力实验的FOG故障预测的前期数据处理方法研究 135

6.2.1 加速应力下实验对象测试数据的分类和离群数据的剔除 136

6.2.2 加权自适应数据融合 137

6.2.3 基于加速应力实验的FOG故障预测的前期数据处理 138

6.2.4 结论 138

6.3 基于灰色预测的卫星导航定位系统故障预测 139

6.3.1 GPS故障 139

6.3.2 改进型灰色动态预测模型 139

6.3.3 正常GPS数据的灰色动态预测 143

6.3.4 GPS故障或故障数据的预测 143

6.3.5 结论 144

6.4 基于改进型灰色预测模型的SINS/GPS组合导航系统 144

6.4.1 SINS/GPS组合导航系统非线性数学模型 144

6.4.2 仿真分析 146

6.4.3 结论 147

6.5 基于滤波器的光纤惯导/GPS组合导航系统故障预测建模 147

6.5.1 基于滤波器的故障预测方法 147

6.5.2 强跟踪滤波器 148

6.5.3 强跟踪CDKF 150

6.5.4 基于强跟踪CDKF的非线性自适应预测器 153

6.6 基于信号处理和滤波器的光纤惯导/GPS的混合型故障预测 154

6.6.1 GPS故障预测 154

6.6.2 光纤惯导/GPS组合导航系统的系统级故障预测 155

6.6.3 结论 157

6.7 小结 157

第7章 光纤陀螺寻北仪的误差分析 159

7.1 光纤陀螺寻北仪的数学模型 159

7.1.1 光纤陀螺寻北仪的基本原理 159

7.1.2 光纤陀螺寻北仪的误差模型 161

7.1.3 光纤陀螺寻北仪中光纤陀螺的误差模型 162

7.2 光纤陀螺寻北仪的误差分析 163

7.2.1 光纤陀螺误差产生的多位置寻北误差 164

7.2.2 光纤陀螺的失准角和地磁场产生的多位置寻北误差 165

7.2.3 地速变化产生的多位置寻北误差 167

7.2.4 加速度计零偏产生的多位置寻北误差 168

7.2.5 实验结论 169

7.3 光纤惯组多位置寻北误差与陀螺采样时间的关系 169

7.3.1 多位置寻北方案 169

7.3.2 光纤陀螺零偏稳定性与平滑时间的关系 170

7.3.3 寻北误差与采样时间、零偏稳定性的关系 171

7.3.4 结论 173

7.4 光纤陀螺寻北仪中测量信号的在线建模与滤波 173

7.4.1 光纤陀螺和加速度计的静态输出信号的在线建模与滤波 174

7.4.2 光纤陀螺寻北仪的卡尔曼滤波器 175

7.4.3 仿真与实验结果 177

7.4.4 结论 179

7.5 小结 179