电缆长度辅助的光纤陀螺测斜仪组合测量方法

为实现光纤陀螺(FOG)测斜仪高精度长时间测量,结合测井作业方式,提出基于卡尔曼滤波技术的电缆长度信息辅助的组合测量方法.介绍了捷联惯性测量系统(ISS)误差模型和电缆长度测量模型,设计了组合测量方法的总体方案,建立了组合测量系统误差状态模型及量测更新模型.采用半实物仿真计算对本文提出的组合测量方法进行了验证.仿真结果表明:14 400 s的仿真过程,井斜角误差小于0.02°,工具面角误差小于0.12°,方位角误差小于0.98°,位置误差小于47.5 m.相比纯惯性测量,误差得到了有效的抑制,保证了仪器长时间保精度的测量,提高了仪器的性能.      

基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法

针对捷联惯导地面对准过程加速度计零位误差和标度误差难以精确分离,使用传统的真空修正方法无法校正系统误差等问题,提出了一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正新方法。充分利用了载体在真空段飞行时的特点,以加速度计输出的比力信息作为观测量,建立了基于真空滤波方案的系统状态方程和量测方程。对器件误差、系统误差状态变量的可观测度进行分析,给出了器件误差、系统误差的在线滤波修正方法。仿真结果表明,方法可以在线分离加速度计的零位误差和标度误差,同时能有效修正系统误差包括姿态角误差、速度误差以及位置误差,对提高捷联惯导的实际导航性能有重要的现实意义。     

基于状态观测器的IMU旋转控制算法研究

本文研究了光纤陀螺罗经系统的精密转位控制技术。通过对无刷直流电机传递函数模型的推导,提出了电流环、速度环和位置环三闭环控制的精密旋转控制方案,采用模糊自整定PID参数的控制算法。利用状态观测器实时估计电机的速度信息,无需速度传感器,不仅节约成本,而且减小了系统体积。应用MATLAB/Simulink搭建了模糊自整定PID控制器和状态观测器的仿真模型,仿真结果表明,该旋转控制系统的稳态误差为5″,响应速度快,没有超调和震荡。     

提高光纤陀螺开机零偏稳定性的调制方法

针对光纤陀螺在开机启动时零偏不稳定的问题,从机理上分析了2π电压初始对准及前向增益变化对零偏的影响.提出了一种新的组合调制方法,通过4种状态的调制、解调,实现了对Y波导2π电压的快速调整,有效缩短2π电压在陀螺开机时的初始对准时间,由5min缩短至1 s,克服了目前方波调制的缺陷.经频域分析和实验验证,该组合调制方法还可以抑制由调制引起的交叉干扰,能够有效抑制前向增益变化对陀螺零偏的影响,从而使前向增益变化导致的陀螺开机零偏变化由0.03(°)/h减小至0.01(°)/h.     

谐振式微光学陀螺标度因数及其非线性度分析

谐振式微光学陀螺(RMOG, Resonator Micro-Optic Gyro)输出标度因数非线性度在大角速度应用时变得明显,影响陀螺性能.理论分析了RMOG中频率调制偏置量对标度因数及其非线性度的影响;根据RMOG谐振腔的谐振输出特性,仿真计算了输入角速度范围内的理论标度因数及其非线性度.利用已知的温度性能测试结果建立了标度因数温度误差模型.搭建RMOG实验系统,实际测量输出标度因数~0.95.模拟和实际转动实验得到±500(°)/s范围内标度因数非线性度分别为6.88×10^-4和0.93%,表明通过有效消除环境因素影响,可以使RMOG的输出非线性度满足多数惯性应用的要求.     

光强干扰调制对光纤陀螺零偏的影响

方波调制信号是全数字闭环光纤陀螺的基准信号,该信号会通过电源线、地线或以空间电磁场的形式耦合到光源驱动电路上。基于相干检测原理,推导了由该耦合信号产生的等效相位延迟的计算公式,利用仿真模型估算了-120dB耦合强度对不同精度陀螺闭环零偏的影响,利用锁相放大器（LIA）测量了实验电路板上耦合信号的幅值,证明了该耦合信号与光纤陀螺零偏的相关性。光源驱动电路抗干扰改进后实验样机精度提高了40％,即0.14°/h。结果表明：光源驱动电路中耦合的方波信号是光纤陀螺产生零偏的因素之一,必须在硬件设计或信号处理算法上加以抑制。     

光纤陀螺标度因数温度误差分析与补偿

光纤陀螺在大角速度应用时,标度因数误差超过偏置漂移误差成为主要误差源。分析了引起数字闭环光纤陀螺标度因数温度误差的原因,推导出了标度因数温度误差数学表达式,并对各温度敏感参数进行了温度性能测试。使用第二闭环控制补偿了反馈通道增益的温度漂移,证明了第二闭环控制精度对标度因数的影响至多是一个三阶小量。测量了不同输出角速率和不同温度时陀螺输出误差值,用一阶多项式和三阶多项式建立了它们的关系。建立了一个双输入、单输出标度因数温度补偿模型,利用最小二乘误差准则计算出模型系数。在-25℃～60℃温度范围内,采用本文提出的控制和补偿方法可将光纤陀螺标度因数误差减小到100×10-6以下,并使标度因数非线性度小于50×10^-6。     

光纤光栅预拉力调节方法与温度补偿分析

为了在光纤光栅的封装阶段产生预期的应变,需要对光纤光栅施加一定的预拉力。通过设计刀口铰链形式的平衡杠杆机构,保证了光纤不发生弯曲,并最大限度的减少了摩擦力带来的不稳定因素。利用调节块的重力并设置不同的作用点,可以对作用于光纤光栅的轴向拉力进行调节,从而改变光栅的间隔周期,得到准确的应变与反射波长值。通过计算得到温度补偿比,在相应位置处点胶固化并进行调节,从而完成光纤光栅的封装。     

基于组合导航技术的光纤捷联系统在线标定

 将光纤捷联系统惯性测量单元（IMU）输出误差分解成零偏误差、标度因数误差、失准角误差和随机白噪声几个部分,建立了系统误差模型,基于此模型设计卡尔曼滤波器引入高精度外部信息源对IMU进行在线标定。将此方法应用于某光纤捷联系统进行跑车试验,结果表明：引入外部信息源进行在线标定与补偿后系统纯惯导精度显著提高,本文建立的系统误差模型和在线估计方式有效估计了IMU输出误差,实现了系统在线标定,提高了系统实用精度。     

变采样率全数字相位载波解调技术

基于相位载波(PGC,Phase Generated Carrier)解调各环节的信号频率范围,提出变采样率解调方案,解决高采样频率下的实时全数字PGC解调问题.对干涉输出信号采用高采样率进行模数转换,提高解调带宽和动态范围.对混频相乘和低通滤波后的环节采用降低采样率处理,减少实时数字信号处理的运算量.设计变采样率全数字PGC解调系统,采用现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Arrays)并行实现混频相乘和低通滤波环节,采用数字信号处理器(DSP, Digital Signal Processor)实现后续解调环节,实现采样率高达1MHz的实时解调.实验结果表明频率为5kHz、幅度为1rad的被测信号可以被有效解调.