激光陀螺电路系统研究进展概述

近几年,激光陀螺在产品数字化、小型化方面有较好的发展,为其在军用领域和商用领域广泛应用打下坚实基础。纵观国内外发展情况,激光陀螺产品小型化发展进程,主要体现在其电路系统方面的改进。电路系统的发展主要经历了四个阶段：分立元件组成的控制系统,单片机构成的分立控制系统,高性能芯片构成的集成控制系统,单片集成的片上系统。在集成电路和数字处理技术发展的前提下,激光陀螺电路系统的研究也在逐步深入。本文揭示了激光陀螺电路系统的发展方向,这对国内激光陀螺产品的发展有着重要的参考意义,有助于推动激光陀螺数字化、小型化的发展。     

采用MSCMG群的卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验验证

针对新型惯性执行机构磁悬浮控制力矩陀螺(Magnetically suspended control moment gyro, MSCMG),基于金字塔构型开展卫星平台敏捷机动控制地面闭环试验研究,以验证MSCMG的姿态控制性能。首先基于MSCMG搭建卫星平台控制地面试验系统,建立数学模型;接着针对气浮台外界扰动抑制及大角度敏捷机动控制问题,基于变参数滑模控制设计姿态控制算法,采用鲁棒伪逆方法进行MSCMG群框架角速度分配;并针对MSCMG的特性对框架角速度和角加速度进行了限幅,开展闭环控制试验研究。试验结果表明,采用MSCMG进行气浮台姿态稳定控制实验,可以实现姿态稳定度优于5×10~(-4)(°)/s,且在实现30°/15 s的机动指标时,MSCMG框架角速度具有良好的跟踪性能,且磁悬浮转子在输出大力矩时仍然保持稳定悬浮,具有较强的鲁棒性。通过地面闭环试验验证了MSCMG作为姿控执行机构的优异性能,为其未来进一步应用研究奠定基础。     

声表面渡(SAW)力传感器

本文对声表面波(SAW)力传感器的基本工作原理进行了理论分析,同时对该传感器进行了实验研究。实验获得了约2.3kHz/9.8×10~(-3)N 的力灵敏度。实验表明该传感器是一个线性传感器,对于微力测量十分敏感。     

某型号激光陀螺温度补偿技术的应用研究

温度是影响激光陀螺输出漂移的主要因素之一.在高精度的激光捷联惯导系统中,建立激光陀螺的温度误差模型具有十分重要的意义.在大量实验的基础上,研究了激光陀螺在不同环境温度下的漂移特性,提出了一种将静态温度模型与动态温度模型分开建模的方法.环境适应性实验验证该方法建立的温度补偿模型对于缓变温度环境与快速温变环境均适用.最后通过实际导航实验验证了该模型具有工程实用性.     

磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统扰动力矩分析与抑制

对磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统，提出了一种基于自适应逆扰动消除控制的设计方法。该控制器采用将被控对象动态控制和对象扰动控制分离处理的方法研究了控制力矩陀螺框架伺服系统的非线性摩擦干扰力矩、陀螺房内部高速磁悬浮转子系统因框架变速转动对框架伺服系统产生的耦合力矩以及航天器姿态改变导致框架伺服系统本身的参数大范围变化等问题。设计的自适应逆扰动消除器大大改善了框架伺服系统的控制性能、提高了系统的速率输出精度。仿真结果表明，提出的扰动力矩抑制方法是可行的，具有很强的鲁棒性。     

基于平移不变量的激光陀螺信号快速滤波方法

为提高激光陀螺的测量精度,提出了一种平移不变量小波快速滤波方法。对信号作循环平移,进行软(硬)阈值小波消噪处理再作逆平移,通过多次“平移——滤波——逆平移”过程,最后平均所获结果,有效消除软阈值小波滤波中的伪吉布斯现象。讨论了算法中平移量对滤波效果和计算复杂度的影响。用Allan方差法对一组激光陀螺实测零漂信号的不同方法滤波效果分析结果表明,该滤波法能在不影响滤波效果的前提下较大幅度减少计算量。     

光纤陀螺随机漂移ARMA模型研究

从理论上证明了山多个ARMA过程组成的平稳随机过程，可以南一个等效ARMA模型描述，并推导废模型的数学表达式。提出了一种新的平稳随机过程建模的有效方法，并应用于光纤陀螺随机漂移建模。采用功率谱密度分析光纤陀螺随机漂移组成，从而确定随机漂移的ARMA模型的形式和阶数。通过对实际光纤陀螺数据分析和建模，利用所得随机漂移模型对陀螺输出数据补偿，检验模型的适用件。结果表明废建模方法正确町行，采用该方法建立的光纤随机漂移模型具有很好的适用性，可以有效抑制光纤陀螺随机漂移。     

捷联惯导陀螺仪冗余配置研究

为有效提高捷联惯导系统的可靠性，研究了捷联惯导陀螺仪冗余配置的原则和结构方案对比，选择及相应的可靠性评估与系统优化，通过采用加权最小二乘法等数据处理方法，给出了计算结果。结果表明工程上捷联惯导陀螺仪冗余配置应当而且能够实现系统最优化设计，选择最优配置结构。     

闭环集成光陀螺中FIR滤波器的设计和应用

为提高闭环集成光陀螺中电路的性能，提出了采用现场可编程门阵列器件(FPGA)实现有限冲激响应(FIR)数字滤波器的方案，并给出了一个8阶低通FIR数字滤波器的FPGA流程、算法的设计及其实现。仿真和测试结果表明，所设计的滤波器电路工作正确可靠，满足设计要求。     

基于主动磁轴承的高速飞轮转子系统的非线性控制研究

针对控制力矩陀螺——主动磁轴承飞轮转子系统的强非线性和由陀螺效应产生的进动和章动导致系统的失稳问题,提出了神经网络的控制方案,设计了RBF神经网络控制器,并给出了李亚普诺夫函数的稳定性证明。研究表明,该控制器解决了陀螺效应导致的主动磁轴承-飞轮转子的不稳定性问题,且抑制了噪声对磁轴承稳定性所造成的破坏。最后,数值算例证明了该方法消除噪声的可行性和有效性。