高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究 楊傑,練軍想,吳文啓 978711810 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

楊傑，練軍想，吳文啓 著

圖書標籤:

• 激光陀螺
• 慣性導航
• 非綫性模型
• 參數估計
• 高精度
• 控製理論
• 係統辨識
• 誤差分析
• 導航技術
• 濾波算法

店鋪： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118102680

商品編碼：29376334169

包裝：平裝

齣版時間：2016-07-01

基本信息

書名：高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究

定價：50.00元

作者：楊傑,練軍想,吳文啓

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2016-07-01

ISBN：9787118102680

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

---

內容提要

---

楊傑、練軍想、吳文啓所*的《高精度激光陀螺 慣導係統非綫性模型參數估計方法研究》針對長航時 航海導航和航空重力測量的高精度激光陀螺慣導係統 ，買現瞭石英撓性加速度計μg量級的參數標定精度。
根據石英撓性加速度計不同的誤差特性，分彆建立瞭 加速度計組件的綫性測量模型和不同誤差特性的非綫 性測量模型。針對加速度計組件不同的測量模型，本 書提齣瞭三種詳細的標定算法，分彆為基於轉動矢量 觀測的參數分立標定算法，基於重力值觀測的參數分 立標定算法，基於姿態自主測量的參數係統級標定算 法。在此基礎上，本書還給齣瞭高精度慣導係統參數 標定精度綜閤驗證和評估的有效方法。作者對書中涉 及的重要模型和算法進行瞭嚴格的理論推導，並給齣 瞭大量詳細的工程實例，可為慣性導航專業工程師和 在校研究生提供有益的參考和指導。

目錄

---

作者介紹

---

文摘

---

序言

---

高精度激光陀螺慣性導航係統中的關鍵參數評估技術 慣性導航係統（INS）作為一種獨立自主的導航方式，在軍事、航空航天、海洋測繪、自動駕駛等眾多領域扮演著至關重要的角色。其核心在於利用慣性傳感器（如陀螺儀和加速度計）來測量載體的運動狀態（位置、速度、姿態），並通過積分運算實現導航。在眾多慣性傳感器中，激光陀螺以其高精度、寬動態範圍、長壽命等優勢，在高精度慣性導航係統中得到瞭廣泛應用。然而，慣性導航係統的精度高度依賴於係統中各傳感器的參數精度。激光陀螺作為慣導係統的核心部件，其內部參數的準確評估對於實現係統的高性能至關重要。 本文將聚焦於高精度激光陀螺慣性導航係統中非綫性模型參數評估方法的研究，深入探討如何準確、高效地辨識和補償影響係統精度的關鍵參數。我們將從激光陀螺的工作原理齣發，剖析其輸齣信號的非綫性特性，並在此基礎上，係統性地介紹用於參數評估的理論方法和實踐技術。 一、 激光陀螺工作原理及其非綫性模型 激光陀螺（RLG）利用薩格納剋效應（Sagnac Effect）來測量角速率。當激光束在環形腔內傳播時，如果陀螺發生鏇轉，沿順時針和逆時針方嚮傳播的激光束會産生相位差，這個相位差與陀螺的角速率成正比。這種比例關係是理想情況下的綫性模型。 然而，在實際的高精度激光陀螺中，由於製造工藝、材料特性以及工作環境等多種因素的影響，其輸齣信號與實際角速率之間並非嚴格的綫性關係。這些非綫性效應主要體現在以下幾個方麵： 1. 零偏（Bias）和漂移（Drift）： 即使在靜止狀態下，激光陀螺也會産生一個固定的輸齣值，稱為零偏。零偏會隨時間、溫度、機械應力等因素發生變化，錶現為漂移。零偏是影響陀螺精度的最主要因素之一。 2. 比例因子誤差（Scale Factor Error）： 激光陀螺的輸齣幅值與實際角速率的比例關係存在偏差，即比例因子不準確。這個比例因子也可能受到溫度等因素的影響而變化。 3. 非綫性失真： 實際的輸齣信號與角速率之間可能存在高階的非綫性關係，例如二次、三次甚至更高次的失真。這些非綫性失真在小角速率和接近極限角速率時尤為顯著。 4. 顫振（Dither）： 為瞭剋服鎖定效應（Lock-in Effect），即在低角速率下，由於腔內反射損耗導緻兩束激光的頻率差趨於零，激光陀螺通常會引入顫振。顫振本身會引入額外的振動成分，導緻輸齣信號的復雜化。 5. 其他噪聲和誤差源： 例如，振動噪聲、溫度梯度引起的誤差、電源電壓波動等，也都會對激光陀螺的輸齣産生影響，並可能與角速率之間錶現齣非綫性耦閤。 理解並準確建模這些非綫性效應，是實現激光陀螺高精度導航的基礎。 二、 非綫性模型參數評估的理論方法 為瞭精確評估激光陀螺的非綫性模型參數，需要發展一套係統性的理論方法。這些方法的核心在於利用已知輸入（如精確的角速率參考信號）或通過係統辨識技術，反演齣模型中的未知參數。 1. 基於參考信號的參數辨識： 靜態辨識： 在受控的實驗室環境中，通過給激光陀螺施加精確已知且穩定的角速率（例如，使用高精度轉颱），並同時測量其輸齣，可以建立一係列測量方程。通過對這些方程進行最小二乘擬閤或其他優化方法，可以直接辨識齣零偏、比例因子等靜態參數。 動態辨識： 引入動態激勵，例如模擬實際導航過程中可能遇到的各種角運動（如正弦、方波、復閤運動等），可以更全麵地捕捉激光陀螺的動態非綫性特性。通過對測量數據進行時域或頻域分析，結閤非綫性模型，可以辨識齣參數的動態變化規律，如參數隨溫度的變化率、參數的頻率響應特性等。 2. 基於導航係統整體性能的參數辨識： 慣導係統對準和標定： 在慣導係統的初始對準過程中，通常會進行一係列的標定操作。通過將慣導係統與外部已知參考（如GPS、星光導航係統）進行比對，可以反演齣慣導係統中各傳感器的參數誤差，包括激光陀螺的非綫性參數。 外部參考比對法： 將搭載激光陀螺慣導係統的載體在已知軌跡或受控環境下進行運動，並與高精度的外部參考導航係統（如GPS/INS組閤導航）進行比對。通過對導航誤差的分析，可以迴溯並估計齣慣導係統內部參數的偏差。這種方法尤其適用於評估那些在實際工作環境中纔會暴露齣的參數。 卡爾曼濾波（Kalman Filter）及其變種： 卡爾曼濾波是處理隨機信號和狀態估計的強大工具。在慣導係統參數標定中，可以構建一個擴展的卡爾曼濾波（EKF）或無跡卡爾曼濾波（UKF）的狀態方程，將激光陀螺的非綫性參數作為待估計的狀態變量。通過融閤慣導係統的測量信息和外部參考信息，濾波過程可以實時地估計並更新這些參數。 3. 模型構建與參數辨識的聯閤優化： 非綫性模型建立： 首先，需要基於激光陀螺的物理原理和觀測到的現象，建立一個能夠充分描述其非綫性特性的數學模型。這個模型可能包含一係列待辨識的參數，例如多項式係數、指數函數係數、溫度係數等。 參數優化算法： 針對構建的非綫性模型，需要選擇閤適的參數優化算法。常用的算法包括： 最小二乘法（Least Squares）： 適用於模型綫性或可綫性化的場景。 非綫性最小二乘法（Nonlinear Least Squares）： 直接求解非綫性模型的參數。 梯度下降法（Gradient Descent）： 迭代優化參數以最小化目標函數。 牛頓法（Newton's Method）及其變種： 利用海森矩陣（Hessian Matrix）來加速收斂。 全局優化算法（Global Optimization Algorithms）： 如遺傳算法（Genetic Algorithm）、粒子群優化（Particle Swarm Optimization）等，在避免局部最優方麵具有優勢，適用於參數空間復雜的場景。 三、 激光陀螺慣性導航係統非綫性模型參數評估的實踐技術 在實際應用中，參數評估需要結閤理論方法和有效的實驗手段。 1. 高精度轉颱與測試環境： 精密轉颱： 構建或選用具備高精度和穩定性的角速率發生器（轉颱）是進行激光陀螺參數辨識的基礎。轉颱的角速率輸齣精度、穩定性、分辨率以及動態響應能力直接影響到辨識結果的可靠性。 溫度控製： 激光陀螺的參數對溫度非常敏感。因此，需要提供穩定的溫度環境，或精確測量和記錄溫度變化，以便辨識齣溫度相關的參數。 振動與衝擊隔離： 外部振動和衝擊會引入額外的噪聲和誤差，影響參數辨識的精度。需要采取有效的隔振和減震措施。 2. 數據采集與預處理： 高采樣率數據采集： 激光陀螺的輸齣數據需要以足夠高的采樣率進行采集，以捕捉其動態特性。 噪聲濾波： 采集到的數據可能包含各種噪聲，需要根據噪聲特性選擇閤適的濾波算法（如低通濾波、中值濾波等）進行預處理，以提高信噪比。 數據同步： 如果進行聯閤辨識，需要確保所有測量數據的精確同步。 3. 標定流程與策略： 離綫標定： 在係統齣廠前或定期維護時，在實驗室環境中進行全麵的參數標定。 在綫標定： 在係統工作過程中，利用慣導係統自身的觀測數據以及與外部參考的比較，實時或半實時地更新和補償部分參數。 分層標定： 根據參數對係統性能的影響程度和變化規律，可以采用分層標定策略。例如，首先辨識齣零偏和比例因子等主要參數，然後在此基礎上再辨識更高階的非綫性參數。 4. 模型精度評估與驗證： 殘差分析： 通過將辨識齣的模型與實際測量數據進行比較，分析模型預測值與真實值之間的殘差，評估模型的擬閤程度。 獨立驗證： 使用一組未參與參數辨識的獨立測試數據，來驗證辨識齣的參數和模型是否具有良好的泛化能力和預測精度。 導航性能仿真： 將辨識齣的參數代入導航仿真模型，評估其對慣導係統整體導航精度的影響。 四、 非綫性參數評估對慣導係統性能的影響 準確評估和補償激光陀螺的非綫性模型參數，對於提升高精度慣性導航係統的整體性能具有決定性意義： 1. 提高導航精度： 非綫性誤差是導緻慣導係統隨時間纍積誤差的主要根源之一。精確補償這些誤差，可以顯著降低位置、速度和姿態的誤差漂移率，從而大幅度提高導航精度，特彆是在長時間導航或GPS信號丟失的區域。 2. 拓展工作範圍： 很多非綫性效應在低角速率或高角速率時尤為突齣。準確的參數補償可以使激光陀螺在更寬的動態範圍內保持高精度，滿足不同應用場景的需求。 3. 增強係統的魯棒性： 準確的參數模型有助於提高慣導係統對環境變化（如溫度、振動）的適應能力，增強係統的魯棒性。 4. 實現更精確的自主導航： 在對GPS依賴性強的應用中，慣導係統的高精度和長時間自主導航能力至關重要。非綫性參數的精確評估是實現這一點的前提。 結論 高精度激光陀螺慣性導航係統的性能，在很大程度上取決於對其核心部件——激光陀螺的非綫性模型參數的準確評估。本文係統性地介紹瞭激光陀螺的工作原理、非綫性模型及其參數評估的理論方法和實踐技術。通過構建精準的非綫性模型，並結閤先進的參數辨識算法和高精度的實驗測試手段，可以有效地辨識和補償影響係統精度的關鍵參數。這項研究不僅為提升當前慣導係統的性能提供瞭技術支撐，也為未來更高精度、更可靠的慣性導航係統的設計和應用奠定瞭堅實的基礎。隨著技術的發展，對激光陀螺非綫性模型參數的深入研究，必將推動慣性導航技術在更廣泛、更苛刻的領域中發揮更大的作用。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我剛看到這本書的名字時，有點望而卻步。楊傑、練軍想、吳文啓這幾位作者的名字，我雖然不熟悉，但“高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究”這個標題，就足以說明這本書的專業性和技術深度瞭。我的專業背景可能和這個領域相去甚遠，平時接觸的更多是比較通俗的科普讀物，或者是一些大眾化的科技新聞。但是，我對探索未知、瞭解新事物的熱情從未減退。我一直認為，即便是非常專業的書籍，隻要我們帶著一顆學習的心去閱讀，總能從中汲取到有價值的信息。而且，這本書的 ISBN 號碼是978711810，這通常意味著它是一本經過齣版體係正規審核、內容嚴謹的書籍。所以我相信，雖然裏麵的專業術語可能很多，但隻要我肯花時間和精力去鑽研，也許就能窺探到慣性導航係統核心技術的冰山一角，瞭解那些看似神秘的“非綫性模型”究竟是怎麼迴事，以及作者們是如何去“評估”這些模型的參數的。這對我來說，本身就是一種挑戰和學習的過程。

評分☆☆☆☆☆

當我第一次注意到這本書的封麵（雖然我並沒有看到封麵，但我會想象）時，“高精度激光陀螺慣導係統非綫性模型參數評估方法研究”這個書名立刻吸引瞭我的目光。我平時就對那些能夠讓事物“動起來”並且“精確”地動的技術很感興趣，比如機器人、無人機，甚至是太空探索中的導航係統。激光陀螺和慣性導航係統，在我看來，就是這些精密機械背後最核心的“大腦”和“感官”。尤其是“高精度”這三個字，總是能勾起我對極緻性能的嚮往，也讓我好奇，究竟需要什麼樣的技術纔能達到如此高的精度。而“非綫性模型參數評估方法研究”，這部分聽起來就非常有技術含量，意味著作者們深入到瞭一個非常具體且具有挑戰性的研究領域。我猜測，在實際應用中，慣導係統難免會受到各種不確定因素的影響，産生各種“非綫性”的行為，如何準確地評估和修正這些非綫性參數，直接關係到係統的最終精度。這本書的標題承諾瞭對這一核心問題的深入探討，這讓我對作者們的研究成果充滿瞭期待，希望能從中學習到解決這類復雜問題的科學方法和技術思路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字聽起來就非常硬核，而且是關於慣性導航係統這種尖端技術的，一下子就激起瞭我的好奇心。我一直對那些能夠讓飛行器、潛艇在沒有外部信號的情況下精確導航的技術非常著迷。尤其是“高精度激光陀螺”，這個詞就充滿瞭科技感，我腦海裏會浮現齣那些在實驗室裏閃爍著神秘光芒的精密儀器，以及工程師們夜以繼日攻剋技術難題的場景。雖然我對激光陀螺的內部構造和工作原理知之甚少，但我能想象到，要達到“高精度”這三個字，背後一定包含瞭多少復雜的數學模型、精密的工程設計和無數次的實驗驗證。而“慣導係統”又是如何將這些高精度的陀螺組閤起來，形成一個完整的、能夠自主判斷方嚮和位置的智能係統，這更是讓我覺得不可思議。書名中的“非綫性模型參數評估方法研究”，聽起來就不是一個容易啃的骨頭，這說明作者在深入研究某個具體的技術難題，並且提齣瞭自己的解決方案，這讓我更加期待這本書的內容，希望能從中學習到一些前沿的知識，理解其中蘊含的科學原理。

評分☆☆☆☆☆

當我偶然看到這本書的名字時，內心深處那種對科技前沿的好奇心瞬間被點燃瞭。坦白說，我對於“高精度激光陀螺慣導係統”這個概念，雖然略有耳聞，但對其深層次的原理和實現細節並不瞭解，它在我腦海中呈現的是一種充滿未來感和精密度的技術圖景。想到它可能在航空航天、國防軍事、甚至未來的自動駕駛等領域扮演著至關重要的角色，我就充滿瞭求知欲。而“非綫性模型參數評估方法研究”這個副標題，則進一步揭示瞭這本書的價值所在，它並非停留在概念介紹的層麵，而是深入到瞭解決實際問題的關鍵環節。這讓我猜測，作者們可能在麵對慣導係統在復雜動態環境下齣現的各種非綫性誤差時，提齣瞭創新的解決方案。我特彆期待這本書能夠為我揭示，這些“非綫性模型”是如何被構建齣來的，以及如何通過有效的“參數評估”來提高整個係統的精度和魯棒性。這對我而言，不僅是一次學習專業知識的機會，更是對精密測量和控製領域一次深刻的探索。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名，坦白講，讓我産生瞭極大的學習欲望，同時也伴隨著一絲絲的敬畏。畢竟，“高精度激光陀螺慣導係統”本身就是一個非常尖端、非常專業的領域，而“非綫性模型參數評估方法研究”更是直指問題的核心，暗示瞭作者們在進行一項具有深度和難度的科研工作。我一直認為，理解這些復雜技術背後的原理，是推動科技進步的關鍵。我想象著，在日常生活中，我們可能很難直接接觸到激光陀螺這種精密儀器，也很難體會到慣導係統在各種極端環境下工作的挑戰。但是，正是有瞭這些背後默默付齣的研究者們，纔有瞭我們如今享受到的各種先進技術。這本書的齣現，就像一扇窗戶，讓我有機會去瞭解這個我原本知之甚少的領域。我希望能夠通過閱讀這本書，哪怕是初步地理解，慣導係統是如何做到在沒有GPS的情況下也能保持高精度的，以及作者們提齣的“非綫性模型參數評估方法”究竟是什麼樣的。這不僅僅是對科學知識的渴求，更是對那些為科技發展做齣貢獻的科研人員的一種緻敬。