DSP在陀螺寻北仪中的应用

陀螺寻北仪在军事和民用领域有着重要的作用,应用前景非常广泛.针对陀螺寻北仪要求计算速度快、精度高的特点,采用了具有运算速度快、精度高特点的数字信号处理器(DSP),可以很好地满足陀螺寻北仪系统的这一要求.对所应用的DSP芯片TMS320F206算法和程序模块的应用进行了说明,同时也采取了硬件和软件的抗干扰措施,达到了设计要求,通过了环境测试.     

激光陀螺四位置寻北仪提高精度方法

为消除激光陀螺零偏和常值漂移的影响,采用四位置方案来实现高精度寻北。本文简述了单轴激光陀螺四位置寻北方案,给出了陀螺敏感轴与机体系前向偏差角标定方法,研究了寻北仪在倾斜基座下数据补偿算法。本文研究了由于在四个位置上电机转动不到位所引起的误差补偿算法。通过对寻北仪系统测试,采用电机转动不到位补偿后数据标准差降低了0.02º,激光陀螺寻北仪系统达到了高精度快速寻北的要求。     

正弦波正交检测陀螺寻北仪方向敏感误差分析与补偿

以单轴连续旋转式陀螺寻北仪为研究对象,采用正交检测技术寻北时,由于转台旋转存在锥动、周期性转速不平稳和测角误差,将引入方向敏感误差,且对寻北精度影响较大。通过理论分析和实际测试,单或双陀螺寻北方案均不能完全补偿方向敏感误差,而采用三陀螺寻北方案能够完全补偿方向敏感误差。提出了正弦波正交检测寻北方案,并利用实验室自主设计的恒速偏频激光陀螺寻北仪进行测试验证。实验结果表明,静基座条件下,采用单或双陀螺寻北方案只能达到10角分级精度;而采用三陀螺寻北方案3min寻北精度优于50角秒（1σ）、10min寻北精度优于30角秒（1σ）、20min寻北精度优于15角秒（1σ）。     

快速寻北系统中基于α-β预滤波器的惯性器件斜坡漂移补偿

快速寻北系统在不同温度环境下冷启动过程中陀螺和加速度计输出的斜坡漂移及其斜率的逐次启动随机性影响了快速寻北精度。以激光陀螺快速寻北系统为研究对象,设计的α-β预滤波器在粗对准阶段即可收敛,可对陀螺和加速度计输出数据的漂移特性进行实时滤波估计与补偿,其带宽不对基座扰动引起的数据波动特征造成影响,有效消除了精对准过程中陀螺和加速度计斜坡漂移的影响。实验结果表明,激光陀螺快速寻北系统经α-β预滤波后冷启动寻北精度得到显著提高。     

旋转调制光纤陀螺惯导寻北精度探索

高精度寻北是旋转调制光纤陀螺惯导实现高精度导航的前提,也是其技术优势的体现。针对当前旋转调制光纤陀螺惯导在快速高精度寻北中遇到的问题,对其寻北精度极限进行了深入研究,梳理出4项最主要的影响因素,对其影响机理、误差模型、量级进行了深入的分析,并通过样机试验进行了验证。结果表明,尽管随机游走系数是制约寻北精度极限的最终因素,但陀螺刻度系数误差、扰动速度、航向效应等误差处理不好,将严重影响旋转调制寻北精度;通过采取措施,高精度光纤陀螺旋转调制惯导5min寻北精度已达到35″(3σ),进一步提高精度的措施正在研究中。     

一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法

基于旋转调制技术,提出一种利用单轴陀螺及单轴加速度计的寻北方法.该方法利用旋转过程中俯仰角和滚动角存在相互转换的特点,用单个加速度计的输出结果补偿初始滚动角及俯仰角的影响.通过设定中间变量建立起旋转过程中角速度及加速度与初始纬度及航向角之间的关系,建立以中间变量、陀螺漂移和加速度计零偏为状态量的卡尔曼滤波误差模型,并使用中间变量经过公式计算获得初始纬度及航向角的数值,实现单轴陀螺仪及单轴加速度计连续旋转的寻北计算.该方法不需要初始纬度信息和精确调平,即可完成寻北,具有简单、实用、可靠性高、成本低等特点.利用随机游走为0.001(o)/√h的光纤陀螺设计原理样机进行5min寻北试验,寻北精度可达0.5mil(1o).     

挠性陀螺寻北中的航向误差

陀螺两位置寻北中存在非线性航向误差,其测量航向角与真实的航向角差值的大小随真实航向角的变化而变化,呈现出近似为正（余）弦曲线的波动形式。本文分析了挠性陀螺寻北系统中航向效应产生机理。介绍了陀螺两位置寻北原理及误差模型,重点分析了挠性陀螺仪零次项漂移和一次项漂移对航向误差的影响,推导了误差公式,估计了两位置寻北中陀螺仪精度对测量精度的影响,寻北试验的结果验证了理论分析结论。     

一种新型的滤波器在寻北系统中的应用

本文从原理上介绍了传统的低通滤波器和改进的滤波器的数学原理，对寻北仪测量数据进行了滤波检验，结果表明改进的滤波器具有较好的性能。     

基于惯性系的光纤寻北仪双位置寻北算法

由低精度光纤陀螺(Fiber Optical Gyroscope,FOG)组成的寻北仪具有结构简单、成本低的优点,但易受地磁和车上复杂外部环境的影响.针对低精度FOG存在地磁零位,寻北仪对外部晃动敏感的缺陷,通过对陀螺进行地磁零位补偿保证陀螺零偏稳定性,在此基础上提出了基于惯性系的双位置寻北算法.算法分别在两个对位进行惯性系寻北,利用双位置对消原理获得不受陀螺固定零偏影响的方位角并完成水平陀螺固定零偏的估计.实验结果表明,陀螺零偏稳定性0.15(°)/h,加速度计零偏稳定性150μg的惯性器件精度下,车上寻北误差1倍标准差小于4.5mil、极差小于10mil、对准时间小于5min.与传统双位置算法相比,所提算法在晃动基座条件下具有对准精度高,环境适应性强的优点.     

基于寻北技术的测斜仪初始对准方法

在捷联惯导技术应用到石油采掘与矿井勘探领域的背景下,探讨如何使用低精度的惯性传感器获得精确的初始姿态信息。本文借鉴陀螺寻北仪的两位置寻北方案,研究了基于寻北技术的初始对准方法,利用该方法可滤除惯性传感器的常值漂移。仿真表明在使用低精度的惯性传感器条件下,利用该方法能获得较高精度的初始姿态信息。     

基于空间三轴激光陀螺的恒速偏频寻北技术

激光陀螺特有的闭锁效应使得其在应用中必须采取偏频去锁的方法,速率偏频技术可以有效降低激光陀螺随机游走误差,提高测量精度。基于空间三轴激光陀螺自身特有的三轴正交斜置特性,采用恒速偏频方法,通过建立新的系统误差方程,引入刻度系数误差状态量,采用卡尔曼滤波方法实现了系统的高精度寻北。这种初始对准方法对准速度快,对准精度也有较大提高,5min寻北精度能达到90″(3σ)。     

DSP便携式陀螺仪智能寻北系统

介绍了基于CCD图像传感器与DSP技术的陀螺仪智能寻北系统的结构与工作原理,重点介绍了与DSP有关的电子硬件和软件部分,寻北方法在DSP特定环境下的应用,给出了系统的硬件原理图和软件流程图,最后总结了这套系统在陀螺仪寻北中的优点。     

小波分析在旋转加速度计寻北仪信号处理中的应用

为有效地消除噪声对旋转加速度计寻北仪信号的影响,提高寻北精度,在平稳小波多尺度分析原理的基础上,将平稳小波应用到旋转加速度计信号处理中,并与传统小波多尺度分析进行了对比.经过理论分析和实验验证,平稳小波和传统小波都能在一定程度上抑制噪声对信号的影响,但平稳小波的性能优于传统小波.     

光纤陀螺的民用开发

本文概要介绍了干涉型开环光纤陀螺在汽车导航,地下管道探测和作为寻北仪的应用实例。     

基于DSP的全姿态挠性陀螺定北仪的原理与实现

本文介绍一种全姿态定北装置，它以挠性陀螺仪和加速度计为测量元件，利用正切法对轴测速定北和重力加速度信息，进行全姿态方位角计算。为了提高系统的运算精度和速度，采用浮点片TMS320C32DSP芯进行计算和控制，以快速自动准确测出真北方位角，文中着重讨论基于DSP的挠性陀螺定北仪的原理，信号处理，误差分析。     

车载定位定向系统两位置寻北方法研究

本文根据车载定位定向系统中平台与捷联相结合的特点,从理论上对两位置寻北方法进行了推导论证,从实际系统测试对该方法进行了分析改进,得出了两位置双轴寻北方法能够满足系统寻北精度要求的结论。     

海上动态条件下静电陀螺监控器启动技术

静电陀螺监控器在航天测量船列装是该设备在国内首次被应用于大型水面舰艇。在此之前其设计方案以及启动策略全部针对于水下舰艇,对于航天测量船而言没有任何经验可以借鉴。因此,探索静电陀螺监控器在海上动态条件下的高精度启动技术成为了当前该设备在航天测量船应用中的主要问题。针对该问题,通过分析静电陀螺监控器启动的关键过程,结合设备工作原理,重点对海上动态条件下静电陀螺监控器的启动技术和相关参数进行了研究,实现了静电陀螺监控器在海上动态条件下的高精度启动。该技术目前已经成熟并且成功应用于测量船测控任务。     

静电陀螺漂移的补偿和监控方法

简要介绍静电陀螺惯性导航系统的基本原理及其常平架结构。由于静电陀螺具有良好的漂移特性,上述系统位置误差随时间增长速度极低。着重讨论静电陀螺漂移模型及其在系统中补偿和监控方法。利用系统内部冗余轴漂移的实时测量将卡尔曼滤波器应用于上述系统,有效地改善了惯性导航系统的精度;此外还同时估计出绕冗余轴方向陀螺漂移的未知常值偏差,取得满意的仿真结果。     

某地高精度室内真北方位基准建立方法

为了校准寻北定向装备的寻北偏差，需要建立真北方位基准。由于气象因素的影响，室外真北基准目标成像质量和观测仪器稳定性均受到制约，因此，需要在室内建立高精度的真北方位基准。提出了一种高精度室内真北方位基准建立方法。本方法的真北基准采用2个平行光管和1个平面镜来维持，并利用2台Leica5100A 0.5″级电子经纬仪采用双测站天文定向方法进行标定。实测结果表明：2017年10月19和20日在室内外温差和湿度差很大的环境下，仅通过2个时段总共6个测回观测，计算得到的3个真北方位的平均值中误差分别高达0.17″、0.18″、0.20″。2018年10月11和12日进行了复测，3个真北方位的平均值中误差分别为0.47″、0.30″、0.48″，复测3个基准变化分别为+3.84″、+1.96″、+3.80″。测量结果表明，所建立的室内真北方位基准稳定，采用的技术措施和方法有效。     

某型飞机惯导底座校准方法研究

通过分析某型飞机的校靶方法和技术指标,提出基于陀螺寻北仪测具的设计方案,并对该方案进行了详细的阐述和说明。