低成本小型光纤陀螺惯性测量单元设计与实现

针对军用及民用惯性技术对光纤陀螺及其惯性组合低成本、轻小型化的需求,以三轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计为惯性敏感元件,设计并实现了光纤陀螺捷联式惯性测量单元。系统采用DSP+FPGA双微处理器结构实现数据高效采集、处理及输出。重点设计了三轴一体光纤陀螺组件、加速度计小型化数据采集电路、双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明：系统在动静态测量精度、体积、重量、实时性等方面达到了预期的设计目标。     

小型化光纤陀螺捷联技术

我国光纤陀螺技术通过多年的研究与发展日趋成熟。为了满足不同应用领域的需求,光纤陀螺组合向小型化、低成本、高精度方向发展。该文主要介绍了光纤陀螺捷联小型化技术,包括光纤陀螺三轴一体化技术和DSP信号处理模块小型化技术,前者又包括陀螺表头和陀螺信号处理电路的小型化技术。这些技术已经用于具体型号任务。和传统光纤陀螺捷联相比,小型化光纤陀螺捷联有较高的工程应用价值。     

新型三轴一体化光纤陀螺设计

我国光纤陀螺技术通过多年的研究与发展日趋成熟，目前光纤陀螺逐步向高精度、小型化方向发展。三轴一体化光纤陀螺结构紧凑、高度集成、体积小，符合光纤陀螺的发展特点，本文从光学回路、机械结构和信号处理等方面介绍三轴一体化光纤陀螺的研究情况。     

三轴一体化光纤陀螺设计

我国光纤陀螺技术通过多年的研究与发展日趋成熟，目前光纤陀螺逐步向高精度、小型化方向发展。三轴一体化光纤陀螺结构紧凑、高度集成、体积小，符合光纤陀螺的发展特点，本文从光学回路、机械结构和信号处理等方面介绍三轴一体化光纤陀螺的研究情况。     

瞄准级光纤陀螺

光纤陀螺是一种具有广泛用途的固态旋转传感器，而且在新的方案中，它还将成为环形激光陀螺的有力竞争对手，光纤陀螺将会大量生产，以代替有方案中的陀螺转子技术，光纤陀螺的高可靠性，输入轴高稳定性及加速度的低灵敏度，将在很长一段时间保持它的先进性，ＡｌｌｅｄＳｉｎｇｎａｌ设计瞄准光纤陀螺（ＰＧＦＯＧ）来代替它目前制造一种高性能机械陀螺仪，精细的隔热设计，陀螺组合技术，光源强度噪声抑制方法和光源波长控制已发展     

光纤捷联惯性测量组合八点减振与四点减振模式比较

对于光纤陀螺捷联惯性测量组合减振设计中常用的八点减振隔振模式和四点减振隔振模式进行分析比较,建立动力学模型,并进行试验验证。可为光纤捷联惯组减振设计和误差分析提供一定的指导。     

惯性级光纤陀螺仪的最新进展

本文展示了我们最近在导航级光纤陀螺方面的研究进展。特别描述了掺铒光纤光源的波长稳定和多轴组合方面的新技术。     

基于MEMS陀螺的风洞模型水平姿态动态测量与精度评估

风洞实验对模型的水平姿态实时动态测量精度的要求不断提高,微小型飞行器模型、高精度的激光陀螺、光纤陀螺惯性测量单元往往在体积、质量方面受到限制,而单一的MEMS系统在水平姿态测量精度方面通常难以达到要求。采用高精度石英挠性加速度计替代MEMS加速度计,与MEMS陀螺进行组合测量。针对加速度计I/F转换脉冲量化及陀螺漂移对动态测量精度的影响,提出了一种基于速度观测Kalman滤波的水平姿态动态测量算法,以提高风洞实验中模型水平姿态的测量精度。提出了在三轴飞行模拟转台上,利用高精度激光陀螺捷联惯导系统的测量结果作为基准进行动态精度评估的方法,解决了安装误差、时间同步等因素对评估精度的影响。通过与其他几种惯性水平姿态测量方法进行精度对比,验证了该算法的技术优势。     

基于角增量和矢量模值观测的光纤陀螺温度漂移参数分段估计

光纤陀螺捷联惯导系统被广泛应用于航空、航天、航海及陆地车辆定位定向等领域,对光纤陀螺输出误差进行补偿是提高导航精度的有效手段。温度漂移和常值零偏是影响光纤陀螺精度的两个主要误差来源,对角增量输出式三轴光纤陀螺捷联惯导系统的陀螺温度漂移及常值零偏误差参数估计方法进行了研究。针对光纤陀螺的温度漂移,提出了一种基于角增量的分段最小二乘估计方法,根据不同温度区间的特征使用低阶模型即可进行误差建模,估计结果相比整体估计方法更加精确,同时推导了各个温度段参数的边界条件,保证了温度漂移模型在不同温变速率条件下的连续性。针对三轴陀螺输出中包含的常值零偏,提出了一种基于地球自转角速度矢量模值观测的方法,可在不依赖高精度转台等外部基准设备的条件下对光纤陀螺零偏进行估计,可适用于高纬度地区及极区环境下的外场标定。通过温箱静置升温实验,对光纤陀螺惯导系统三轴角增量陀螺进行了温度漂移和零偏的估计与补偿,验证了提出方法的有效性。     

一种新型机载对地观测用三轴稳定平台陀螺安装方式

陀螺安装方式及相应的算法编排是稳定平台设计中的一项关键技术。针对机载对地观测用三轴稳定平台特点,提出了将方位陀螺安装在方位环上,俯仰陀螺和横滚陀螺安装在俯仰环上的陀螺安装方式。利用空间矢量分解理论分析了陀螺输出角速度信号的投影关系及电机控制信号的分配;基于稳定平台系统模型,对理想正交情况和考虑陀螺安装误差情况进行了仿真分析,验证了此种安装方式的可行性和优越性。分析表明,在同等条件下,所提出的安装方式减小了稳定平台的机械尺寸,降低了稳定平台的重量和功耗,实现了三维角速度的正交测量,简化了三轴解耦控制算法。研究结论可为其他三轴稳定平台结构设计和陀螺安装方式设计提供参考。     

基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制

微惯性测量单元具有成本低、体积小、功耗低和抗冲击等优点,可以应用在车辆稳定控制、平台稳定及导航控制系统中,具有广阔的市场应用前景.详细介绍了采用三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计研制的微惯性测量单元硬件设计,对信号进行预处理、陀螺漂移补偿、降噪等处理.所研制的低成本MIMU经过补偿后零位漂移保持在:X轴、Y轴、Z轴,可以应用到普通导航领域.     

基于光纤陀螺的组合导航系统研究

采用基于光纤陀螺的IMU和GPS接收机,以DSP为信息处理核心,实现了GPS/TNS组合导航系统.介绍了光纤陀螺工作原理和误差模型,描述了组合导航系统并通过试验对该系统进行分析.实验结果表明,基于光纤陀螺的组合导航系统误差范围较小,可以满足较高精度的导航定位要求.     

光纤陀螺惯导稳定平台与旋转调制方法

光纤陀螺仪在随机误差方面表现出极佳的性能优势,但受限于其标度因数不理想的现实。针对航海用长航时、高精度光纤陀螺惯导系统的使用需求,设计了基于光纤陀螺数字信号实现载体三维角运动隔离的同时完成惯性测量装置的旋转调制功能,可有效减小光纤陀螺标度因数误差与载体运动角速度的耦合误差,同时充分发挥光纤陀螺随机游走小的精度优势。理论仿真验证了光纤惯导稳定平台加旋转调制方法的优越性和可行性,为光纤陀螺惯导系统在高精度导航领域中的应用提供了技术基础。     

一种改进型光纤陀螺惯导系统单轴旋转调制方案

在常规单轴两位置旋转调制方案基础上,提出了一种改进型光纤陀螺惯导系统单轴旋转调制方案,该方案深入研究了载体航向角变化时,通过优选惯性测量组合(IMU)的旋转停止位置,实现了比常规调制方案更好的导航误差自补偿效果.通过理论推导和仿真验证,证明了本方案的有效性、可行性.     

光纤陀螺温度建模与补偿方法分析

通过光纤陀螺温度试验,分析了光纤陀螺的温度特性;理论上阐述了各项温度因素对光纤陀螺零偏的影响,并采用逐步回归分析的方法建立光纤陀螺零偏的温度数学模型。通过试验验证,采用该模型对光纤陀螺进行温度漂移的补偿,可以有效提高光纤陀螺的测量精度。     

用于世界时测量的大型高精度光纤陀螺技术研究

综述了空间飞行器的精密定轨对世界时测量的需求,并对现有大型激光陀螺、光纤陀螺测量世界时的现状与前景进行了分析,阐述了大型高精度光纤陀螺用于世界时测量需重点解决的关键技术,对实现的大型高精度光纤陀螺样机进行了试验验证,零偏不稳定性达到了5.2×10-6(°)/h(1σ),同时对陀螺长期运行期间探测到的青海玛多地震情况进行了分析,最后对面向更高精度的世界时测量用大型光纤陀螺发展方向进行了展望.     

民用低成本光纤陀螺

本文阐明了在中等精度惯性测量系统中开环光纤陀螺所具有的优势，叙述了这种陀螺光学功能块的工作原理和一种高效率利用成本的陀螺电子线路，就高生产速率而言这种陀螺在设计上也是最佳的。另外，概述了一种模块化设计原理，即用具有较低研制成本和生产 任意类传感器实用户特殊的惯性测量系统。     

一种提升空间三轴激光陀螺性能的谐振腔方案研究

针对现有空间三轴机抖激光陀螺因通道间放电耦合引入了零偏误差导致陀螺性能损失的问题,提出了一种高精度空间三轴谐振腔改进设计实现方案.该方案从空间三轴激光陀螺与单轴激光陀螺放电系统的差异出发,分析了空间三轴激光陀螺不同放电状态引入零偏误差的机理,明确了高精度空间三轴激光陀螺各通道的放电电流控制需求.同时,分析结果表明,减小通道间的放电耦合可降低该型陀螺的零偏耦合误差项,因此需对空间三轴谐振腔进行放电结构的去耦合优化设计.最后,针对提出的空间三轴谐振腔改进设计方案,开展了陀螺性能试验验证,试验结果表明,空间三轴机抖激光陀螺的精度提升了5.7％以上.     

光纤陀螺热致漂移仿真分析及实验验证

外界温度场作用下,光纤环温度变化和热应力是引起光纤陀螺非互易误差的主要原因。分析了光纤陀螺热致漂移的数学模型,基于该模型仿真研究了对光纤环以恒定功率加热随后转入平稳状态扰动因素下陀螺的输出特性。为验证模型准确性,选用3个光纤环搭建光纤陀螺系统,并对陀螺零偏变化特性进行了测试。测试结果表明,各陀螺零偏测试值与模型计算值间的误差不超过8%,实验结果与模型能够较好符合,该研究结果对高精度光纤陀螺的设计具有重要指导意义。     

空间三轴激光陀螺稳频方法研究

空间三轴激光陀螺的每一个腔长控制器控制两个通道的腔长,即其不同通道的光路稳频具有耦合关系,要实现空间三轴陀螺的工程化应用,必须解决空间三轴激光陀螺的稳频问题。针对空间三轴激光陀螺的稳频回路进行详细的分析,提出了一种稳频方案,该方案将空间三轴激光陀螺的稳频解算为三个通道单轴激光陀螺的稳频问题,其核心思路是对光路稳频关系进行等效变换。经过试验验证,该稳频方案可行有效。