基于多元线性回归模型的光纤陀螺温度误差建模

在-40℃～60℃温度范围内测试了数字闭环光纤陀螺的标度因数、偏置和噪声,基于对测试 数据的分析指出,零偏稳定性大于0.3°／h的光纤陀螺的温 度误差主要来源于标度因数误差和偏置误差。利用逐步回归法分析了零偏与温度、温度梯度 之间的线性关系和标度因数与温度之间的线性关系,建立了零偏误差和标度因数误差的多元 线性回归模型。在模型中引入到达探测器的光功率作为新变量,提高了标度因数模型精度, 并使计算量减小40％。建模结果表明,标度因数误差回归模型的残差均方(RMS)达到1
(bit／(°／s)) 2,偏置误差回归模型的残差均方达到0.067(°／h) 2。     

模拟选通积分电路的温度特性对陀螺性能影响的实验研究

研究了模拟选通积分电路的温度特性对陀螺性能的影响。在数字闭环光纤陀螺工作原理的基础上,推导出陀螺输出与模拟选通积分电路中积分电容值的线性关系,进行了电路的温度性能试验,试验结果证实了理论推导,据此建立了线性模型并进行了补偿,补偿后陀螺零偏稳定性提高了75%。     

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。     

光纤陀螺温度建模及补偿技术研究

研究了干涉式光纤陀螺的温度补偿问题。首先分析了光纤陀螺仪温度漂移的主要影响因素，并应用人工神经网络与数理统计方法建立了陀螺仪的温度补偿模型。最后对某型号陀螺进行了0～50℃环境温度下的大量恒温及变温实验，通过实验数据完善所建模型并完成了对该陀螺的温度补偿。实验结果表明：在特定温度环境下，该方法能够有效地改善光纤陀螺仪零偏稳定性。     

基于低成本陀螺和倾角仪的姿态估计

针对动中通测控系统中低成本陀螺和倾角仪的姿态估计和陀螺误差校正问题,提出一种利用UKF（Uncented Kalman Filter）滤波器对载体姿态角进行估计,然后利用互补滤波器对陀螺漂移进行估计的算法。该算法通过设计三维完全可观测UKF滤波方程和陀螺误差校正模型对姿态角和陀螺漂移分别进行估计,有效避免了利用卡尔曼滤波进行姿态估计和陀螺漂移误差估计时由于误差模型不准确而产生的发散问题,同时降低了滤波器维数。试验中姿态角估计误差在1°以内,x轴陀螺漂移估计误差为0.0148°/s,y轴陀螺漂移估计误差为0.0017°/s,试验结果表明该算法能有效提高姿态角估计和陀螺漂移估计的精度。     

微机械振动轮式陀螺样机的实验研究

介绍了静电驱动 ,电容检测的微机械振动轮式陀螺仪样机的结构 ,工作原理 ,驱动与检测电路以及实验结果 ;给出了检测电路的分辨率 ;从样机试验所观测到的试验现象和获得的特性曲线出发 ,从理论上加以分析和验证 ,得到了该陀螺样机驱动轴的非线性机械特性和检测轴分辨率 ;并提出了如何克服谐振频率不匹配的措施。指出该陀螺精度达到 1 0°～ 1°/h是可行的。     

改进布谷鸟搜索算法优化支持向量机的MEMS陀螺温度零偏补偿

针对微机械陀螺零偏受温度影响较大的问题,提出一种改进布谷鸟搜索算法(CS)和支持向量机(SVM)相结合的陀螺零偏温度补偿方法。首先,将平滑处理后的陀螺数据作为样本点,采用基于径向基核函数的支持向量机方法构建漂移模型,把数据从低维空间映射到高维空间进行线性拟合。然后,利用改进布谷鸟算法对支持向量机的惩罚参数、核函数参数以及不敏感系数进行优化,避免了人为选择参数的盲目性且提高了建立模型的精度。实验结果表明：经CS调节支持向量机算法补偿后,陀螺输出精度更高。与最小二乘分段拟合方法、BP神经网络方法相比,陀螺输出数据方差分别平均减小了63.2%、43.4%,最大误差分别平均减小71.63%、48.3%。     

MSCMG框架伺服系统非线性摩擦力矩建模与实验研究

在磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)中,由于陀螺耦合力矩的影响,使得陀螺框架系统的摩擦力矩随着陀螺输出力矩和框架角位置的不同而发生变化,为了实现控制力矩陀螺输出力矩的高精度控制,需要对摩擦力矩进行精确建模。对控制力矩陀螺框架系统进行了动力学研究,分析了摩擦力矩随陀螺输出力矩和框架角位置的变化机理和变化规律,并据此建立了磁悬浮控制力矩陀螺框架系统的非线性摩擦力矩模型和非线性动力学模型。用实验数据对非线性动力学模型参数进行了最优最小二乘辨识,并用所得到的模型进行实际数据分析和仿真研究,仿真结果与实际实验数据非常吻合,验证了所建立模型的正确性和有效性。     

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。     

激光陀螺误差建模与估计研究

首先用小波分解的方法对陀螺误差的趋势项进行了分析 ,采用Allan方差分析的方法 ,对某型激光陀螺误差进行了建模及误差估计研究 ,将激光陀螺误差中的零偏、量化噪声、及随机游走噪声等误差成分分离出来 ,并对其统计特性进行了估计。同时实验结果表明一阶马尔可夫噪声在激光陀螺误差中不占主要分量     

三轴转台误差对光纤捷联惯组陀螺标定精度的影响

研究了利用三轴转台标定时,转台不水平度、不正交度、定位精度和惯组与转台坐标系不重合度对光纤捷联惯组中陀螺标定结果的影响。基于更符合工程实际的陀螺组合标定模型,用四元数法建立了转台误差模型,推导了误差传递途径,定量分析12位置法、多速率点速率法标定编排方式下的陀螺标定误差。研究和仿真发现:陀螺零偏误差基本与陀螺测量误差为同一量级,安装系数误差基本与转台不正交度与定位精度的和为同一量级。     

高精度光纤陀螺温度实验研究

温度是影响光纤陀螺(FOG)输出特性的主要因素,对于高精度光纤陀螺更是如此。从实验入手,在常温、低温和高温三种状态下进行研究,采用热敏电阻分别对陀螺的六个重要部位的温度进行监测,得出光纤陀螺启动阶段至稳定以后的输出曲线、零偏变化曲线、温度变化曲线。对输出曲线、零偏变化曲线、温度变化曲线分析,发现不仅光纤陀螺自身热效应会影响光纤环,而且环境温度变化也会对光纤环产生影响。针对上述现象,对陀螺采取温度控制,经实验证明,能有效地改善陀螺的输出特性。     

交会对接目标飞行器控制力矩陀螺的传热特性

对交会对接目标飞行器控制力矩陀螺的热特性进行了分析,建立了控制力矩陀螺的热分析模型,并结合其热平衡试验结果对热模型进行了修正,结果表明,模型计算温度与热平衡试验温度吻合较好。文章利用修正后的热数学模型,对控制力矩陀螺在轨运行时在不同热边界条件下的温度场分布进行了求解,并得出了陀螺辐射传热与导热传热的比例关系,以及辐射传热是其主要散热途径的结论。     

闭环光纤陀螺的温度补偿

为使全数字闭环光纤陀螺在全温度(-40～+65℃)范围内的性能保持一致,采用了控制光源以稳定光功率和波长,以及对集成光器件进行温度补偿两种技术措施。试验结果表明,研制的光纤陀螺在全温度范围内,标度因数和零偏的温度灵敏度分别小于2×10-5℃-1、0.008(°)/(h·℃),达到了中等精度光纤陀螺的要求。     

机抖激光陀螺捷联系统中惯性器件的温度补偿的研究

研究了机抖激光陀螺和加速度计的温度特性。通过重复性温度实验，得到了激光陀螺零偏的温度补偿模型；通过静态特性测试，得到了加速度计的补偿模型。结果表明，得到的模型可以有效补偿惯性传感器的漂移，使陀螺的精度提高了4．6倍，加速度计的漂移小于一个脉冲，并可以通过温度补偿来缩短系统的预热时间，由原来的半小时到基本不需预热；系统的精度提高了1倍。     

基于多尺度多参量的硅MEMS陀螺仪漂移预测

针对硅MEMS陀螺仪误差因素多,输出为非线性非平稳的特点,采用传统方法难以对其建立精确的误差模型.在对小波神经网络方法改进的基础上,提出了多尺度去噪的平稳化方法及多参量非线性预测方法并将其用于硅MEMS陀螺仪漂移预测.试验结果表明,采用多尺度多参量校准方法,硅MEMS陀螺仪精度由1°/s提高到0.02°/s.     

采用平行构型变速控制力矩陀螺群的航天器姿态控制

研究了平行构型变速控制力矩陀螺群的控制律及其在航天器姿态控制中的应用。首先建立了以变速控制力矩陀螺为执行机构的航天器姿态动力学模型，并给出了全局渐近稳定的姿态反馈控制律。将每一对框架平行的陀螺作为独立的单元控制，引入了与控制力矩陀螺的框架运动相关的动坐标系，在此基础上给出了控制力矩陀螺的一种控制律。此控制律使陀螺群在奇异状态下仍具有可控性，并且力矩误差在动坐标系的某一方向始终为零，从而利用共轴的构型特点和陀螺转子的可变速性补偿控制力矩陀螺的力矩误差，使变速控制力矩陀螺群的输出力矩与期望的力矩相等。最后以双平行构型为例，对航天器的姿态稳定控制进行了数值仿真，并给出了一种控制力矩的分配方案。仿真结果证明了控制律算法的有效性。     

半球谐振陀螺温度补偿与实验研究

温度的变化严重影响了半球谐振陀螺的使用精度。为了消除或者减小温度因素对陀 螺 精度的影响,在简要分析温度对半球谐振陀螺精度影响原因的基础上,采用独立成分分析方 法对温度影响性的独立性和规律性进行了分析检验;建立了陀螺的温度误差补偿模型,并对 与温度有关的确定性漂移进行补偿;利用Allan方差方法对不确定性漂移进行了分析补偿。 实验证明该方法可以扩大陀螺温度环境适应范围,使陀螺仪的使用精度提高约3倍。〖JP 〗
     

基于双框架控制力矩陀螺的空间飞行器非线性姿态控制

推导出了双框架控制力矩陀螺系统操纵空间飞行器姿态机动的精确数学模型,并在此基础上基于Lyapunov第二法设计了空间飞行器大角度姿态机动非线性控制律,在设计的同时证明了系统的稳定性.设计了双框架陀螺系统奇异鲁棒+零运动操纵律.给出了双框架控制力矩陀螺系统奇异性定理,对三个双框架陀螺垂直安装及四个双框架陀螺平行安装两种构形方式进行了奇异性分析.分析和仿真验证了三个双框架陀螺垂直安装构形下系统跟踪常值力矩指令和大角度姿态机动的能力.     

四频陀螺磁屏蔽罩设计方法

四频差动陀螺采用恒定偏频方案,较好地解决了锁区的问题,与交变偏频的单陀螺相比有一定的优势。但是由于是采用圆偏振光,增益管过纵磁场的零漂大,因此地磁及杂散磁场对四频差动陀螺的影响是相当大的。又由于一般高导磁软磁材料对应力、温度很敏感,很难适应陀螺的应用环境。设计出的适用于工程环境的磁屏蔽罩满足了四频差动激光陀螺。