Инструментальные погрешности лазерных гироскопов и их влияние на калибровку БИНС
17 июня 2015 года
Стафеев Данил Владиславович
(аспирант 3-го года обучения, научный руководитель: к.ф.-м.н. В.В. Тихомиров)
Работа посвящена построению математических моделей инструментальных погрешностей лазерных гироскопов и оценке влияния погрешностей на точность работы БИНС. Выходные данные современных приборов БИНС (акселерометров и лазерных гироскопов) представляют собой широкополосный случайный процесс. На подготовительных этапах работы БИНС (выставка и калибровка) важно оценить низкочастотную составляющую ошибок для последующей алгоритмической компенсации. Существует несколько подходов выделения низкочастотной регулярной составляющей ошибок лазерных гироскопов, связанных с нахождением зависимости показаний датчиков от температуры или качества механических и геометрических показателей прибора. В большинстве работ предполагается, что случайная составляющая эквивалентна белому шуму.
В первой части работы рассматривается модель разделения инструментальных погрешностей лазерных гироскопов и акселерометров на регулярную составляющую и случайную. Выделение регулярной составляющей проводится по набору базисных функций (линейной и экспоненциально затухающих) методом наименьших квадратов. Анализ экспериментальных данных погрешностей лазерных гироскопов в частотной области показывает, что спектральная плотность случайной составляющей ошибки растет с ростом частоты. Для уменьшения влияния высоких частот при оценке дрейфов лазерных гироскопов предложены низкочастотные фильтры, основанные на решении уравнений ошибок ИНС. Проанализированы частотные свойства построенных фильтров в сравнении с широко использующимся фильтром среднего арифметического. Исследовано влияние случайной составляющей ошибок лазерных гироскопов как цветного шума на оценку дрейфа лазерного гироскопа с помощью фильтра Калмана. По оценкам спектральной плотности экспериментальных данных построен формирующий фильтр и проведены оценки постоянного дрейфа с учетом белого и цветного шумов в измерениях. Построенная модель не дает значительного выигрыша в качестве оценки или в скорости сходимости.
Во второй части работы проведен стохастический анализ методики калибровки, использующейся в ОАО МИЭА. Методика заключается в последовательной серии экспериментов, включающих выставку, быстрые повороты в заданные положения и оценку параметров калибровки. С точки зрения стохастического анализа можно выделить две группы параметров: для оценки параметров из первой группы проводится оценка среднего значения показаний акселерометров на заданном интервале. В оценке параметров из второй группы участвует одна из составляющих приращения линейной скорости. Анализ экспериментальных данных показывает, что порядок погрешностей, вызванных случайными составляющими ошибок акселерометров значительно меньше, погрешностей, вызванных случайными составляющими ошибок лазерных гироскопов.