关于一种新型角加速度计的研究与应用

在简要概述了国内外角加速度计的研究状况、分类方法等基本知识基础上,对一种新型的角加速度计的工作原理、组成结构及显著的特点进行了研究性描述,并就研制过程中的一些关键技术问题、实现途径进行介绍.同时,重点就该类型的角加速度计的应用前景进行介绍.该类型的角加速度计填补了国内的空白,具有优越性和显著特点以及广阔的应用前景.     

基于微惯性技术的人体头部运动姿态测量

头盔瞄准镜等智能军事装备使用人体头部姿态信息作为机载武器站、光电云台等随动执行器的高精度控制输入,因缺少有效的人体头部运动特性数据,其控制优化受到了限制.研究使用微惯性技术实现了高精度人体头部运动信息采集,并设计了运动特性实验对人体头部运动规律进行具体表征,实际测得了多个运动特征:人体头部极限速度约600(°)/s、0(°)/s～600(°)/s的加速时间约100ms、极限摆动频率约1.5Hz等.这些运动数据可作为军事装备中随动执行器机电特性设计的重要参考依据,为智能军事装备进一步优化创造了空间.     

杯式结构磁电式高频角振动台实现关键技术

针对力矩电机驱动角振动激励源频率难以超过100Hz、波形失真大、不能满足高频角振动测试需求的现状,提出采用杯式结构磁电驱动方法。显著降低驱动线圈电感以实现驱动力快速响应,采用橡胶扭转弹簧实现轴系支撑,以克服轴承摩擦力,结合有限元分析仿真,将转子与励磁线圈骨架进行整体优化设计,使轴系固有频率提升至2400Hz。所研究角振动激励装置经实际测试,最高工作频率可达700Hz,主要工作频段内角加速度波形失真度小于3%,可广泛用于高频角振动校准或角运动传感器动态性能评价。     

基于计数卡的振动台角速度和角加速度测量

介绍了利用IK220计数卡实现角速率、振动台的角速度和角加速度测量,给出了具体的系统组成、软件结构和最终的测试结果.该装置可以较方便地实现角速度和角加速度测量,实际应用达到了比较满意的效果.     

角振动校准装置研究

为提升对惯性器件的动态性能评价能力,通过对被校传感器施加标准正弦角振动激励,精确测量角振动过程,实现了对角振动传感器的校准。基于不同频段的特点,将校准频段划分为低频和高频2部分,并提出空气轴承与无刷直流力矩电机相结合的低频角振动台方案,以及轻质空心杯精密空气轴承与框式电磁驱动结构相结合的高频角振动台方案;分别采用精密角度编码器和衍射光栅激光干涉仪实现对低频和高频角振动的测量,成功研制出频率范围为0.25~550Hz、角加速度范围为0.1~1 760rad/s2以及角速度波形失真小于2%的角振动绝对法校准装置。与德国国家物理技术研究院的角振动校准装置相比,该装置能够显著提升承载能力,可广泛用于惯性器件动态性能的测试与评价。     

谐振式光子晶体光纤陀螺环路建模与仿真

为减小谐振式光子晶体光纤陀螺系统中相对频率噪声对随机游走系数的影响,在反馈回路中引入PI控制器构成新反馈回路。通过建立谐振式光子晶体光纤陀螺环路模型,优化反馈控制模型中PI控制器参数,仿真得到谐振式光子晶体光纤陀螺的闭环带宽可达39.1k Hz,响应时间为1.24×10~(-4)s,超调量控制在8%以内。利用上述结果对谐振式光子晶体光纤陀螺进行检测带宽的优化设计仿真,得到当系统检测带宽小于3Hz时,可控频率噪声功率谱密度小于1.3μW/Hz,对应的随机游走系数(RWC)小于0.001(°)/h~(1/2),满足导航级陀螺系统的精度要求。     

谐振式光纤陀螺用光源模块实验研究

基于多光源结构的谐振式光纤陀螺(R-FOG)是一种小型、高精度惯性传感器。研究了谐振式光纤陀螺的光源模块方案,选用小型可调谐的窄线宽半导体激光器,并对光源中心波长、光功率进行测量,以建立光源的最优工作区域,在此基础上对光源之间的拍频进行静态测试,测试过程中的频率最小值为53Hz、最大值为25.9225MHz。该方案具有分辨率高与动态范围大的潜在优势,在拍频测试中,陀螺测量分辨率和动态范围分别可达9.13×10~(-4)(°)/h、±4.56×10~7(°)/h。     

国防科工委第一计量测试研究中心转台实验室

我实验室主要从事角位置、角速度、角加速度等角运动参数的计量检测及相关检测设备的研制。本实验室具有对各种转台装置的检测能力。角位置检测系统的测量不确定度 0 .5 (,角速率检测系统测量不确定度 1× 10 -6,角加速度检测系统测量不确定度 5× 10 -3。本实验室可承担对精密陀螺仪表、惯导系统的检测。自行研制的超低速标准转台装置 ,于 2 0 0 2年 7月正式通过了国防科工委鉴定验收。该转台可提供精确的速率基准和方位基准 ,速率精度 :1× 10 -6,速率平稳性 :2×10 -6,定位精度 :± 0 .5″,定位重复性 :± 0 .3″,定位分辨力± 0 .0 36″…     

量子重力梯度仪研究进展

重力梯度是重力位的二阶微分,对地球密度扰动具有更高的分辨率,能够更加精细、全面地反映重力位在空间上的变化。高精度重力梯度测量在地质调查、地球重力场测绘、惯性导航以及基础科学研究等方面发挥着重要作用。量子重力梯度仪是近年来快速发展的一种基于激光操控原子技术的新型高精度重力梯度测量设备,具有测量精度高、长期稳定性好等特点,尤其是对振动噪声具有良好的抑制效果。目前,量子重力梯度仪的最佳灵敏度可达4E/√Hz,与最先进的旋转加速度计式重力梯度仪灵敏度3E/√Hz的水平相当。本文介绍了量子重力梯度仪的基本原理和应用,并分析了其国内外研究现状,最后讨论了目前限制量子重力梯度仪灵敏度的主要因素以及未来发展方向。     

高精度加速度计阈值的重力二次细分测试方法

高精度导航系统和微重力测量系统对于加速度计有高精度的阈值指标需 求,传统测试方法难以完成高精度加速度计的阈值测试。对此,提出了一种新的加速度 计阈值测试方法。采用对重力加速度二次细分的方法,激励出微小的加速度输入,通过 将加速度计实际输出的微小加速度测量结果和理论值进行对比,得出加速度计的阈值指 标,并结合理论分析给出了此阈值测试方法的测试精度。最后,对此加速度计阈值测试 方法进行了仿真与实验验证,仿真结果表明此方法采用姿态精度2″的转台可以实现指标 为5.7685×10-8g 的加速度计阈值测试;实验结果证明此测试方法有效。     

一种改进的捷联惯导系统划船补偿算法

高精度的划船效应补偿算法是提高高动态、恶劣振动环境下捷联惯性导航系统性能的重要手段之一。鉴于所研究系统的陀螺及加速度计的输出都是脉冲,因此可以转化得到载体的角速率、加速度、角增量和速度增量。本文将角速率,角增量以及加速度,速度增量信号同时引入速度更新计算当中,提出了一类新的划船效应补偿算法。对这类新划船效应补偿算法的系数方程进行了推导并对其补偿性能进行了分析。根据系数方程列出了几种补偿算法的系数和补偿误差。采用典型划船运动作为测试输入,对列出的新算法进行了仿真研究。仿真结果表明,与传统的划船补偿算法相比,新算法具有更高的补偿精度。     

低频标准角振动台

低频标准角振动台产生标准角位移、角速度和角加速度,用正弦信号对角位移传感器、角速度传感器(陀螺、转速表等)和角加速度计进行幅频和相频特性校准。简要介绍了低频标准角振动台的工作原理,并应用其对角运动传感器进行校准。校准范围为0.1~100H z;幅值灵敏度不确定度优于1%;相移不确定度小于1°。     

无陀螺惯性测量组合设计及角速度误差补偿方法研究

提出了九加速度计无陀螺惯性测量组合(NGIMU)配置方案,并建立了其实验系统.由于加速度计输出误差的存在,必然引起角速度计算误差随时间累积.针对该项误差,采用一种提高角速度解算精度的新方法,该方法利用角速度乘积项可有效对误差进行补偿.另外在分析加速度计安装位置存在误差的基础上,提出了对加速度计输出具有补偿效应的解算方法,间接提高了角速度的解算精度.最后对上述两种补偿方法进行了角速度仿真和角度测试实验.实验结果证明了方案的可行性和有效性.     

陀螺加速度表在高精度三轴转台上的测试方法研究

本文提出了在三轴转台上标定陀螺加速度表的新方法，分离了加速度表外环轴的摩擦力矩及交叉加速度引起的交变力矩对加速度表精度的影响，通过新的加速度表输入轴不对准试验方法，减小了加速度表失调角，提高了加速度表标定精度。     

Target tracking in maneuver-centered coordinates

Aircraft targets normally maneuver on circular paths, which has led to tracking filters based on circular turns. A coordinate system to track circular maneuvers with a simple Kalman filter is introduced. This system is a polar coordinate system located at the center of the maneuver. It leads to a tracking filter with range, angle, and angular velocity in the state vector. Simulation results are presented, showing that the algorithm displays improved performance over methods based on constant x-y acceleration when tracking circular turns     

加速度计冲击特性的绝对校准方法

从描述测量系统的微分方程出发,用系统的输入输出数据辨识系统的离散传递函数,弥补在加速度计灵敏度校准中不能给出加速度计动态特性的缺陷,再应用系统的离散传递函数将加速度计输出信号恢复为一定的动态特性范围内“真实”的现场冲击加速度－时间历程。     

基于数值微分计算的SERF原子自旋惯性测量动态仿真

基于量子调控技术的SERF原子自旋惯性测量仪表与传统惯性测量仪表相比,具有精度高、无活动部件、对加速度不敏感等优点,被公认是下一代高精度惯性测量的发展方向。分析了SERF原子自旋惯性装置Bloch微分方程组模型下磁场、激光、角速度输入对碱金属电子极化率和惰性气体核子极化率的影响。针对实验条件下原子系综Bloch微分方程组难以解析求解的问题,基于可变阶次数值微分计算,建立了相应的Simulink模型对实验条件下的原子系综进行数值求解,并分析了极化率对光场、磁场、角速度输入的瞬态响应与稳态响应。仿真结果与理论计算结果相吻合,验证了Bloch方程数值求解的可行性与准确性。该方法可得到惯性测量系统的动态响应,可用于模拟复杂输入下的SERF原子自旋惯性测量系统的输出响应。     

基于时间测量的加速度敏感方法

国际单位制共有7个基本单位，时间就是7个基本单位之一，是目前能够实现的测量精度最高的一个物理量。因此，将加速度的测量转化为时间的测量，是实现加速度高精度检测的有效途径。首先，介绍了基于时间测量的加速度敏感原理。然后，介绍了基于该敏感原理的加速度传感器研究进展。最后，进行了基于时间测量的加速度计精度的定性和定量分析。理论分析和实验证实表明，加速度精度极限与时间分辨率之间成正比关系。     

Calibration method of quartz accelerometer on dynamic centrifuge

This paper proposes a novel method for calibrating error coefficients of the quartz accelerometer faster on the dynamic centrifuge, which can generate a continuous dynamic acceleration excitation. Firstly, working principle and structure of the dynamic centrifuge are analyzed, the error sources and the uncertainty of the dynamic centrifuge are expounded, and relevant coordinate systems are established. Then, according to the characteristics of the input specific forces and the propagating method...