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光纤陀螺仪建模技术及捷联航姿算法研究的开题报告

引言

随着现代化的发展，高精度惯导导航系统成为了现代化武器装备的必要组成部分。

其中，光纤陀螺仪作为其中的重要组成部分之一，其高精度、高稳定、高可靠的性能

特点，已经在军事、航空、海洋等领域得到广泛应用。在光纤陀螺仪的应用中，建模

技术和捷联航姿算法是关键的研究内容。本文将对光纤陀螺仪建模技术及捷联航姿算

法进行深入研究。

一、光纤陀螺仪建模技术研究

在利用光纤陀螺仪进行惯性导航的过程中，如何进行陀螺仪的建模是一个关键问

题。光纤陀螺仪建模的目的是通过分析陀螺仪的物理特性，建立陀螺仪的数学模型，

以便于进行数值仿真和系统设计。目前，已经出现了多种光纤陀螺仪的建模方法，主

要包括如下几种：

1.MechanizationModel

机械化模型是利用陀螺仪的力学原理和运动学特性，将陀螺仪的转速和角位移分

别作为状态变量，建立起一个描述陀螺仪动态特性的微分方程组。该模型具有简单、

易于理解、易于推导、适用范围广等优点。

2.ErrorModel

误差模型是指在机械化模型的基础上，增加一些描述陀螺仪误差特性的状态变量，

如角速度误差、尺度因子误差、非正交性误差等。通过误差模型可以更准确地描述陀

螺仪的输出误差特性，提高系统的精度和稳定性。

3.CombinatorialModel

组合模型是基于误差模型和机械化模型的组合，即将陀螺仪的动态特性和误差特

性综合起来，建立起一个全面描述陀螺仪性能的模型。组合模型既考虑了陀螺仪的输

出误差特性，又考虑了陀螺仪的物理结构和运动学特性，是一种比较完备的建模方法。

二、捷联航姿算法研究

在惯性导航中，航向姿态的确定是十分关键的。目前，利用陀螺仪进行捷联航姿

算法的研究是一种被广泛采用的方法。通过利用陀螺仪输出的角速度信息，结合加速

度计和磁力计的信息，可以实现对航向姿态的快速、准确测量和估计。捷联航姿算法

主要包括以下几种：

1.基于四元数的姿态估计算法

四元数是一种用于表示空间旋转的高度紧凑的表示方法，具有很好的数学特性和

运算规律，因此在航姿估计中得到了广泛应用。

2.基于卡尔曼滤波的姿态估计算法

卡尔曼滤波是一种利用系统动态模型和观测信息推测系统状态的最优估计方法。

在航姿估计中，可以通过建立陀螺仪、加速度计和磁力计的误差模型，结合卡尔曼滤

波算法实现对航姿状态的估计和修正。

3.基于扩展卡尔曼滤波的姿态估计算法

扩展卡尔曼滤波是一种针对非线性系统的最优估计方法，相比于传统的卡尔曼滤

波算法，可以更准确地处理非线性系统的特性。在航姿估计中，结合各种传感器的输

出，可以建立陀螺仪、加速度计和磁力计的非线性误差模型，利用扩展卡尔曼滤波算

法实现对航姿状态的估计和跟踪。

结论

光纤陀螺仪建模技术和捷联航姿算法是现代化惯性导航系统中的基础研究内容。

通过对光纤陀螺仪的建模和航姿估计算法的研究，可以提高系统的精度、稳定性和可

靠性，为现代化武器装备的研制和应用提供技术支持。