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基于单轴旋转的光纤捷联惯导系统误差特性与实验分析

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基于单轴旋转的光纤捷联惯导系统误差特性与实验分析

摘要：本文针对基于单轴旋转的光纤捷联惯导系统（FOGIMU）的误差特性进行研究，通过理论分析和实验验证，揭示了系统误差产生的原因及其对导航性能的影响。首先，对FOGIMU的误差源进行了详细分析，包括随机误差和系统误差。其次，建立了一套完整的误差模型，并通过仿真实验验证了模型的准确性。最后，通过实验平台对FOGIMU的误差特性进行了实验分析，验证了理论分析的正确性。本文的研究成果对提高FOGIMU的导航精度和可靠性具有重要意义。关键词：光纤捷联惯导系统；误差特性；实验分析；导航精度

前言：随着现代导航技术的发展，光纤捷联惯导系统（FOGIMU）因其高精度、高可靠性、抗干扰能力强等优点，在军事、民用等领域得到了广泛应用。然而，由于FOGIMU本身固有的误差特性，其导航精度和可靠性受到了一定的影响。因此，深入研究FOGIMU的误差特性，对于提高其导航性能具有重要意义。本文旨在分析基于单轴旋转的FOGIMU的误差特性，并通过实验验证理论分析的正确性。

第一章绪论

1.1FOGIMU技术背景及研究现状

1.光纤捷联惯性测量单元（FOGIMU）是一种基于光纤干涉原理的高精度惯性导航系统。自20世纪90年代以来，随着光纤制造技术的飞速发展，FOGIMU逐渐成为惯性导航领域的研究热点。与传统机械式惯性导航系统相比，FOGIMU具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境适应性好等优点。据相关数据显示，FOGIMU的测量精度可以达到0.01°/h，且在恶劣环境下仍能保持较高的导航性能。例如，在2010年，我国成功研制出首套基于FOGIMU的导航系统，并在我国某型号导弹上进行了实际应用，有效提高了导弹的导航精度和可靠性。

2.随着FOGIMU技术的不断发展，国内外众多研究机构和企业纷纷投入到FOGIMU的研究与开发中。例如，美国霍尼韦尔公司于2005年推出的HoneywellHG4930系列FOGIMU，其测量精度达到了0.005°/h，成为当时市场上性能最先进的FOGIMU之一。在我国，中国电子科技集团公司第二十八研究所、中国科学院光电研究院等科研机构也积极开展FOGIMU的研究工作，并取得了一系列重要成果。据统计，截至2020年，我国已成功研制出多款高性能FOGIMU产品，广泛应用于航空航天、航海、测绘等领域。

3.针对FOGIMU的应用需求，国内外学者对FOGIMU的误差特性进行了深入研究。研究表明，FOGIMU的误差主要来源于随机误差和系统误差。随机误差主要包括白噪声、随机游走等，其特点是不可预测、随机性大；系统误差主要包括偏心、倾斜、温度效应等，其特点是可预测、长期稳定性好。为了提高FOGIMU的导航精度，研究人员提出了多种误差补偿方法，如滤波算法、卡尔曼滤波等。例如，某研究团队针对FOGIMU的随机误差，提出了一种基于自适应滤波的误差补偿方法，有效降低了随机误差对导航精度的影响。此外，针对系统误差，研究人员还提出了一种基于温度补偿的误差补偿方法，提高了FOGIMU在高温环境下的导航性能。

1.2FOGIMU误差特性研究意义

1.FOGIMU误差特性研究对于提高导航系统的精度和可靠性具有重要意义。在军事领域，精确导航是确保武器系统命中精度和作战效能的关键因素。通过对FOGIMU误差特性的深入研究，可以实现对导航误差的有效补偿，从而提高导弹、无人机等武器系统的导航精度和作战效能，对于提升国防实力具有直接作用。

2.在民用领域，FOGIMU的应用同样广泛，如航空航天、航海、测绘、自动驾驶等。精确的导航对于确保飞行安全、船舶航行稳定、地图测绘精度以及自动驾驶系统的可靠性至关重要。通过对FOGIMU误差特性的研究，可以优化导航算法，提升系统的稳定性和鲁棒性，对于促进相关产业的发展具有显著推动作用。

3.此外，FOGIMU误差特性的研究对于推动FOGIMU技术本身的发展也具有重要意义。通过对误差机理的深入理解，可以指导FOGIMU的设计和制造，提高其性能和可靠性。同时，误差特性研究还可以促进相关学科的交叉融合，如光学、电子学、控制理论等，为FOGIMU技术的创新和发展提供理论支撑。因此，FOGIMU误差特性的研究不仅具有实际应用价值，而且对于推动科学技术进步具有深远影响。

1.3本文研究内容及方法

1.本文针对基于单轴旋转的光纤捷联惯性测量单元（FOGIMU）的误差特性进行研究，旨在通过理论分析和实验验证，揭示系统误差产生的原因及其对导航性能的影响。研究内容主要