1引言
惯性技术是一项利用牛顿经典力学，并结合近代物理学原理的多学科综合技术。它的出现与应用为研制自主、精密的方向指示仪器一惯性寻北系统提供了可能。陀螺寻北仪是一种利用陀螺仪惯性原理实现自主寻北的仪器，是惯性技术领域的一个重要组成部分。它能够不受自然条件制约，实现全天候、全方位、自主、快速的方向测定，同时还具有精度高、连续工作时间长等许多优点，具有非常广泛的应用前景。在军事领域，陀螺寻北仪是现代信息化战争中确保武器系统快速、机动、精确打击的重要保障技术之一。因此，世界上许多发达国家在发展高性能战略、战术武器的同时，都纷纷投入大量的人力、物力进行高精度、快速的寻北系统的研制与开发。陀螺寻北仪不仅在军事应用上的需求越来越多，其应用场合也在不断扩展，在險道施工、矿山开采、大地测量、资源勘测等民用领域里也显示出越来越广阔的应用前景。
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2光纤陀螺的原理及其随机噪声的建模与滤波研究
2.1光纤陀螺的原理及性能指标
在理想状态下，光纤陀螺的输出数据能够实时反映当前输入的角速率，但在实际的使用过程中，由于光纤陀螺内部元件的误差和外界环境的干扰等因素，使光纤陀螺的输出中混杂了干扰和噪声，造成了光纤陀螺输出随机漂移现象。光纤陀螺输出随机漂移的存在直接影响到陀螺的精度，从而影响寻北系统的性能。因此，在使用光纤陀螺进行寻北系统研究之前，对光纤陀螺输出特性和噪声干扰进行深入研宄是非常必要的。本章介绍了光纤陀螺的工作原理、结构组成及性能指标，对光纤陀螺的噪声来源进行了深入分析，在此基础上建立了光陀螺的随机噪声模型；建立了光纤陀螺信号输出的模型并使用卡尔曼滤波方法对光纤陀螺的输出漂移进行了滤波处理。
2.2光纤陀螺的噪声分析与建模
光学陀螺具有速率积分的特性，这一误差称为光学陀螺的角度随机游走。角度随机游走的主要来源是光源相对强度噪声、探测器的电噪声和散粒噪声以及相关时间比釆样时间短的其他高频噪声项、光纤陀螺中的二阶背向散射等。角度随机游走的带宽在大部分姿态控制系统的带宽之内，是限制姿态控制系统性能的主要误差。速率斜坡是光纤陀螺测试数据中的一种趋势项漂移，它本质上是一种确定误差，可能的原因有：光纤陀螺光源强度的变化、探测器放大电路的电子漂移、环境条件引起输出的单向缓慢变化等；也有可能由于测试平台在某个方向上存在持续微小的加速度造成，量化噪声是由全数字闭环光纤陀螺信号处理中的模数和数模转换器的特性引起的，代表了光纤陀螺的最低分辨率水平，噪声的大小与初始采样时间的选取和数据采集系统的精度等因素有关。量化噪声的互相关时间短，在一般的光纤陀螺应用中影响不大。但在有些需要快速反应的应用系统中，量化噪声可能会成为主要的误差源。
3光纤陀螺寻北方案研究.........37
3.1寻北相关坐标系及变换......37
3.2光纤陀螺寻北的原理.......39
4光纤陀螺寻北系统的误差研究........55
4.1静态误差........55
4.2静态误差的仿真分析.......60
5光纤陀螺寻北系统的设计和实现...65
5.1单轴光纤陀螺寻北系统的总体构成.........65
5.2传感器模块的硬件组成及设计.......66
8扰动基座下的寻北处理技术研究
8.1基座扰动对寻北的影响
在实际工作环境中，基座扰动的来源主要有阵风、地基沉降、发动机振动、人员走动等。其中阵风引起的干扰与基座的结构有关，不同的基座对风吹干扰的响应不同；地基沉降会引起基座倾斜，从而带来近似常值的干扰；人员走动通常引起低频干扰；车辆发动机的振动会造成高频干扰等胃。可见，在实际应用中，基座扰动的情况相当复杂。光纤陀螺会直接敏感到基座运动产生的倾斜和角加速度，这些信号将叠加到光纤陀螺的输出信号中。由于基座运动的情况复杂多样，难以对其进行确定的分析，本节以基座运动产生平台角振动为例，对基座扰动引入的寻北误差进行分析。假设基座运动使载体的俯仰轴与横滚轴作同频不同相的角振动.
8.2基座扰动的处理方法
光纤陀螺是测量角速度的敏感元件，当扰动存在时，它会同时感应地球自转角速度和扰动角速度。由于光纤陀螺的输出为低频信号，高频信号可以利用低通滤波有效地滤除，但低频干扰与陀螺的输出频率相近，不易分辨，往往会对测试精度造成较大的干扰。加速度计只敏感其输入轴方向上的线加速度，因此，在寻北仪使用中，为了消除常值低频干扰的影响，可以使用加速度计对陀螺的输出信号进行补偿，以消除低频扰动的影响。在实际应用中，这种补偿方法的精度受加速度计精度的影响，同时，加速度计在敏感角运动的同时还会感测到平移运动，所以该方法在使用时需要在扰动引起的寻北误差和利用加速度计补偿引起的寻北误差之间进行权衡。
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9结论
从提高光纤陀螺寻北系统精度的实际需求出发，在寻北方案、系统设计、数据处理等方面展开研究。论文的主要研宄内容和结论如下：
1.研究光纤陀螺输出随机漂移。光纤陀螺输出噪声来源主要有角度随机游走、零偏不稳定性、速率斜坡、量化噪声、速率随机游走等五项，通过引入方差分析方法建立了光纤陀螺随机误差模型，分析了各误差的出现位置和特性。通过对光纤陀螺输出序列进行检验，得到光纤陀螺静态输出漂移在一阶差分后满足平稳性的结论，使用模型对其进行建模，根据建立的模型，使用卡尔曼滤波方法对光纤陀螺的随机漂移进行滤波处理，有效地减小了陀螺的输出漂移。
2. 光纤陀螺寻北方案的研宄。光纤陀螺地北方案分为静态和達续旋转方案，静态方案二位置、三位置、四位置、多位置等多种实现方法，经理论分析，静态方案的精度主要受陀螺漂移的制约。连续旋转方案对陀螺的漂移进行周期性的调制，可以提高寻北精度，但需要稳定、高精度的转位装置。在研宄各种寻北方案基础上，对静态四位置方案进行了改进；并提出了两种连续旋转方案的解算方法。
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参考文献（略）