无温度传感器的金属振动陀螺温度补偿

金属振动陀螺是一种低成本、长寿命的新型简并模谐振陀螺,其结构相对简单,加工相对容易实现。但是,金属材料的温度系数和热膨胀系数大,其受到温度变化的影响明显,温度漂移对器件最终性能的影响较为明显。因此,对金属振动陀螺进行温度补偿,可以显著提高器件性能指标。建立了金属振动陀螺的温度模型,确定环境温度对器件谐振频率和零位偏移的影响关系。研究发现,金属振动陀螺谐振频率的温度系数具有超高线性度,可以替代温度传感器的作用,直接用谐振频率作为温度补偿量的输入。基于温度模型,进一步建立了温度漂移补偿模型,计算金属振动陀螺谐振频率的温度系数和零位偏移的温度关系,并对金属振动陀螺的温度漂移进行补偿。通过实验结果验证,金属振动陀螺谐振频率的温度系数为0.0536 Hz/℃,线性度达3.4×10~(-6),零位偏移和温度呈二次曲线关系,温度补偿后,金属振动陀螺的随机漂移可降低65%左右。     

高动态金属壳谐振陀螺进动特性分析

高动态金属壳谐振陀螺的进动特性,是敏感结构实现角速率信息有效提取的关键。针对金属壳谐振陀螺的进动特性进行研究,首先分析了金属壳谐振陀螺的总体研究思路,明确其工作原理;建立敏感结构的动力学方程和进动因子表达式;利用数值分析方法,对进动因子进行分析,得出金属壳谐振陀螺进动因子经验公式;最后对其进动特性进行综合分析。     

金属壳谐振子研究进展

金属壳谐振陀螺是利用驻波的进动特性来敏感输入角速率的一种新型壳体振动陀螺，具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点，可被广泛应用于中低精度角速度测量领域。金属壳谐振陀螺不仅具有传统陀螺的惯性品质，而且具有抗高过载、量程大的特点，这是其他类型陀螺所不具备的。作为金属壳谐振陀螺的核心部件，金属壳谐振子的性能至关重要。结合金属壳谐振陀螺综述了金属壳谐振子的研究进展，从设计思想、理论建模、结构设计、信号处理等方面进行了讨论，并指出了金属壳谐振陀螺及其谐振子的发展趋势。     

极端瞬态力作用下金属壳谐振陀螺结构强度分析

金属壳谐振陀螺是利用驻波的进动特性来敏感输入角速率的一种新型壳体振动陀螺，其具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点，可被广泛应用于中低精度角速度测量领域。针对极端瞬态力作用下金属壳谐振陀螺的结构强度进行了研究，在分析其工作原理和基本数学模型的基础上，利用有限元仿真方法，在通用炮射环境条件下进行了分析。通过仿真计算，给出了金属壳谐振陀螺的结构强度分析结果，验证了其抗过载能力。     

基于Shupe系数的光纤陀螺光纤环评价方法

针对当前缺乏有效的光纤环温度性能评价方法确保光纤陀螺整表全温精度的问题,搭建了光纤环温度测试系统,提出了一种光纤环评价方法。该方法不但能够评价光纤环的温度性能,而且能够反映陀螺整表的全温精度。根据测试结果,分析了基于Shupe系数的线性误差和线性补偿后的非线性误差。其中,前者代表了光纤环的温度灵敏度,后者代表了光纤环的可补偿程度,两者共同构成了光纤环的评价指标。利用该测试系统测试了数十只同一尺寸的光纤环,非线性误差小于0.022(°)/h,补偿后整表的全温零偏稳定性小于等于0.01(°)/h(-40℃~+60℃,1℃/min),为后续高精度光纤陀螺的生产提供了一定的指导。     

金属振动陀螺调平方案设计与比较

金属振动陀螺是一种低成本、 轻小型的新型固体波动陀螺,在战术级应用领域具有广大的应用前景.金属振动陀螺谐振子的频率分裂直接反映陀螺的性能指标,频率分裂可以通过机械调平的方式进行修正.对金属振动陀螺的调平方法进行了梳理和比较,提出了质量修正、刚度修正2种调平思路和增加、 去除材料等5种修正方法.通过对各种调平修正方法的比较,选择激光去重法对谐振子顶面进行质量调平修正,并进行实验验证.实验结果表明,该方法修正后,在保持品质因数基本不变的情况下,谐振子的频率分裂由5.3Hz降低到0.9Hz,陀螺的零偏稳定性由55(°)/h降低到6(°)/h,性能指标提高了1个数量级.     

基于PSO算法的半球谐振陀螺惯导系统陀螺温度补偿方法

针对半球谐振陀螺受温度影响出现零位漂移的问题，以测温电路温度为基准，建立温度频率函数实时解算温度，提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的半球谐振陀螺惯导系统陀螺温度补偿方法。在求解温度时，需要先将温度频率函数转换为一元三次方程，存在测试计算量大的问题。引入逆向拟合思想，建立频率温度函数，提高陀螺输出温度实时性和降低测试计算量，替代了传统陀螺测温硬件电路，为惯导系统轻小型设计提供新思路。考虑温度变化、温度变化率以及两者的交叉项，建立温度补偿模型，引入PSO算法求解模型系数。温度试验结果表明，在温箱温度为-40~50 ℃内，补偿后的半球谐振陀螺的零偏稳定性较补偿前提升了46％。     

激光捷联惯导系统温度误差补偿研究

针对激光陀螺惯性导航系统中惯性器件零偏随温度变化的情况,在-30℃～+50℃温度范围内,通过大量的温度实验,建立了零偏与温度变化的多项式模型,并用该模型对实验数据进行了补偿,扣除地速和重力加速度的分量,惯性器件输出几乎为零。最后在不同温度下进行了初始对准实验,实验结果表明：经过温度补偿后,在-30℃～+50℃ 温度内,俯仰角误差平均在0.0019° 以内,横滚角误差平均在0.0038°以内,航向角误差平均在0.014° 以内,接近了常温下的初始对准精度,满足了系统的指标要求。     

基于高灵敏超导探测器的新型脉冲光高精度光纤陀螺技术研究

高精度光纤陀螺的精度主要由光纤陀螺检测噪声决定,一般可用角随机游走系数来表征,光纤陀螺的角随机游走主要由光路干涉信号的信噪比和信号处理引入的噪声决定。提出了基于高灵敏超导探测器的脉冲光高精度光纤陀螺技术方案和精度提升方法,实现了陀螺光信号的高灵敏检测,显著降低了光纤陀螺的热噪声,降低了相对强度噪声,并避免了连续光因调制切换引入的尖峰脉冲误差的影响,有效提升了光纤陀螺的精度水平。通过仿真分析,可将光纤陀螺的随机游走系数检测极限从3.53×10-5(°)/h1/2降低至1.6×10-5(°)/h1/2,减小了约54.7%。     

宽温范围内光纤陀螺输入轴失准角误差 及补偿技术研究

随着光纤陀螺使用精度的提升,输入轴失准角误差对光纤惯组精度的影响也愈发突出.为了抑制光纤陀螺失准角误差,提升惯性系统精度,分析了失准角误差的产生原因,提出了设计与生产过程中减小失准角误差的工艺要求;分析了温度环境下失准角误差补偿方法的物理意义,进而推导得出其方法误差;对多组全温范围内(-40℃~+60℃)失准角实测数据进行逐步回归分析,确定失准角误差拟合模型.试验表明,采用该补偿方法最高能够降低92%的失准角误差.     

轴对称多曲面融合结构金属谐振子模型建立方法

金属壳固体波动陀螺是基于固体波的进动效应进行角速度检测的一种全新 轴对称壳振动陀螺,具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可广泛应 用于中低精度角速度测量领域。为分析轴对称多曲面融合结构金属谐振子中固体波的进 动效应,在双曲率坐标系下,基于薄壳理论,建立了理想条件下轴对称多曲面融合结构 金属谐振子中固体波进动的动力学模型。针对动力学模型过于复杂、难于分析的缺陷, 提出了利用弹性力学中的能量原理,建立轴对称多曲面融合结构金属谐振子等效模型的 方法,为金属壳固体波动陀螺的信号检测方法和控制回路设计奠定了理论依据。     

一种MEMS陀螺标度因数误差补偿方法

高动态、恶劣温度环境下,微小型飞行器(MAV)导航、制导与控制系统关键器件微机电系统(MEMS)陀螺受温度和转速耦合影响,其标度因数误差呈强非线性特点,常规方法无法精确补偿。通过分析MEMS陀螺标度因数误差的产生机理,建立了包含温度和转速非线性因素的标度因数误差模型,提出一种基于径向基(RBF)神经网络的标度因数非线性耦合误差补偿方法,解决了常规补偿方法精度差的问题。标定与补偿实验表明:在-10～+55℃温度范围、-150～+150(°)/s输入转速范围内,采用新方法补偿后MEMS陀螺输出平均精度比多项式拟合方法提高7倍;在-20～+20(°)/s低输入转速的误差强非线性区间内,精度提高近20倍,验证了本文方法的有效性和优越性。     

微玻璃半球壳体谐振子的设计、制备与表征

近年来美国国防高级研究计划局大力推进三维壳体谐振陀螺(尤其是高性能半球谐振陀螺)的微型化,以实现惯导级性能的微机械振动陀螺。提出发泡法制备直径小于1cm的微壳体谐振子,利用发泡剂在高温下释放气体,使软化后的玻璃在气压差和表面张力的作用下形成三维轴对称壳体。大气环境下多普勒测振仪的测试结果表明,利用发泡法制备的微壳体谐振子的酒杯二阶模态的谐振频率为11kHz,频率分裂值为72Hz,相对裂解值为0.65%,相应的品质因子Q值约为970和1127。发泡法有望提供一种低成本、高性能微壳体谐振子的制备方法。     

基于多参量模型的光纤陀螺温度误差补偿

温度漂移误差是制约光纤陀螺精度的重要因素之一。针对传统光纤陀螺温度补偿方法仅对温度项建模导致补偿精度差的问题,提出了一种新型多参量模型来补偿光纤陀螺温度误差的方法。通过对陀螺零漂误差和温度各相关项进行相关性分析,将温度和温度速率的乘积项及温度梯度滞后项引入到温度漂移误差模型中,建立了多参量分段补偿模型对零偏进行补偿,显著改善了光纤陀螺的零偏稳定性。使用实测光纤陀螺数据对提出的补偿方法进行实验验证,结果表明采用该方法补偿后,零偏误差平方和降低2个数量级,陀螺漂移均值、方差稳定在零点附近,补偿效果优于温度项分段拟合方法,与非线性模型预测效果相当。     

RFOG中LD光源驱动电路设计

谐振式光纤陀螺具有良好的发展前景,光源在系统中有着很重要的作用.由于惯导系统工作在多变的外界环境下,环境因素引起的LD输出光功率不稳定会对陀螺的精度产生极大影响.为减小这种不稳定造成的检测误差,给出了一种恒流+温控的驱动电路来稳定光源输出功率,实验测定恒流电路的电流稳定性优于0.12％.激光器组件内包含的热敏电阻阻值随温度变化而改变,通过测量温控条件下热敏电阻两端电压,计算得到温度波动为±0.05℃.同时,实验还测量了在30C时,LD光源的输出功率标准差为0.0165mW.     

固体波动陀螺金属振子温度特性研究

温度性能是制约陀螺精度等性能的一个主要因素,在各类陀螺技术的研究 中都备受关注。温度因素对固体波动陀螺性能的影响主要体现在陀螺的测量精度以及零 偏, 究其根本原因是温度变化对金属振子的振动特性产生了影响。本文分别从理论推 导、仿真分析和实验测试方面研究了温度对金属振子振动特性的影响行为,为解决温度 对固体波动陀螺性能影响的改善提供了一种新途径。     

MEMS陀螺零偏温度补偿模型研究

针对MEMS陀螺工作易受温度变化影响、角速度测量输出误差大、预热时间长的问题,通过大量实验数据分析、总结规律,建立了零偏温度补偿模型,并结合最小二乘法利用多元线性回归技术对模型参数进行了辨识。对比零偏温度补偿前后的试验结果表明,经过补偿后的MEMS陀螺不但测量精度得到提高,其工程应用稳定性也得到增强。     

数字闭环光纤陀螺死区机理研究与抑制

在数字闭环光纤陀螺中,死区产生及其附近噪声特性恶化的主要因素可以归结于施加在相位调制器上信号的串扰。根据死区产生机理的不同,提出了偏置相位调制和阶梯波反馈调制两种死区串扰误差因素的观点。通过对这两种死区误差机理的分析和比较,提出了采用模拟相加反馈方案可以避免偏置相位调制死区误差的观点。采用速率转台法测试了光纤陀螺的死区特性,验证了理论仿真和计算的正确性。最后,通过采用三角波相位抖动抑制死区误差技术,将一种高精度光纤陀螺0.08(°)/h的死区误差抑制到0.001(°)/h以下。     

有缺陷圆柱壳振型进动的研究

谐振陀螺是一种不存在高速转子和活动支承的新型陀螺仪。其敏感部件是一个轴对称壳谐振子,圆柱壳便是其中一种。本文建立了圆柱壳在旋转情况下的动力学方程。研究了有缺陷的圆柱壳谐振子振型的进动情况;分析了其环向振型进动因子的相对扰动和绝对扰动;给出了圆柱壳谐振子环向缺陷对其振型进动特性的影响规律及实际加工,选择谐振子的准则。这些对于设计谐振陀螺有指导意义。