基于陀螺自主测量的船载经纬仪视轴抖动控制方法研究

	基于陀螺自主测量的船载经纬仪视轴抖动控制方法研究
	郑天涯
	2016-10-01
发表期刊	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
期号	6
摘要	经纬仪要想稳定地跟踪目标,就要隔离载体晃动对视轴带来的干扰。船载经纬仪由于直接安装在甲板上,容易受到海面上风、浪、流的影响而发生周期性的横摇、纵摇和艏摇运动,视轴也会随船摇而运动,难以跟踪目标甚至导致目标丢失。所以存在船摇的情况下,必须采取相应的船摇隔离措施来保证经纬仪视轴稳定。以往经纬仪视轴稳定采用的常规方法是采用船上提供的惯导数据,采用前馈方式实现船摇自稳定。这种方法受到船用惯导制约,惯导系统从开机到稳定运行耗时比较长,并且能够实现的隔离度有限,一般在40d B左右,经过这种方法修正后仍有剩余抖动量,对长焦距光学镜头成像质量和测量能力会造成影响。因此,本文拟采用在经纬仪上安装速率陀螺的方法实现自主测量,在经过船用惯导的船摇自稳定修正的基础上,进一步构成陀螺校正回路,经过坐标变换建立陀螺隔离模型。采用编码器和陀螺构成的双速度环回路,以优化视轴稳定控制效果,提高隔离度,达到视轴抖动的抑制目的,进而提高成像清晰度和测量能力。与此同时,在惯导没有工作的情况下,采用速率陀螺自主测量也能够实现船摇自稳定。因此,在前人研究视轴稳定的基础上,开展基于陀螺自主测量的船载经纬仪视轴抖动控制方法研究具有十分重要的意义。本文首先经过坐标变换建立了基于惯性导航系统姿态数据的船摇自稳定数学模型,采用目标前馈结合速度前馈的方法来隔离船摇,并且通过Matlab仿真验证了该方案的有效性,结算了隔离度,并指出了该方案的局限性。其次,本文建立了基于速率陀螺的船摇自稳定数学模型并且讨论了常用的陀螺安装方式。接着分析和建立了在经过惯导数据进行船摇隔离的基础上,基于陀螺的视轴稳定数学模型,并且通过Matlab仿真验证了该方案的有效性,结果表明该方法具有更高的隔离度。为了提高舰载经纬仪视轴稳定控制系统的跟踪精度,针对单速度环的结构缺点,设计了双速度环串级控制方法,内环由编码器作为反馈元件测量视轴自身的转速,外环采用速率陀螺测量视轴在惯性空间下的转速,分别设计两个控制器来抑制内部干扰和隔离载体干扰。最后,在通过仿真验证的基础上,以实验室的KVH DSP1760高精度光纤陀螺作为惯性空间测速元件,使用高精度航天三周转台对光纤陀螺进行了测试工作,并提出了今后的工作展望,以期在理论工作完成的基础上进行实际工程应用。
关键词	光电经纬仪视轴稳定速率陀螺双速度环隔离度
语种	中文
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/57690
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	郑天涯. 基于陀螺自主测量的船载经纬仪视轴抖动控制方法研究[J]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2016(6).
APA	郑天涯.(2016).基于陀螺自主测量的船载经纬仪视轴抖动控制方法研究.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(6).
MLA	郑天涯."基于陀螺自主测量的船载经纬仪视轴抖动控制方法研究".中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 .6(2016).