星载光纤陀螺的最优调制深度

为了选取合适的调制深度以提高星载光纤陀螺在空间辐射环境下的工作性能,通过对闭环光纤陀螺输出信号的信噪比分析建立了光纤陀螺随机游走系数与调制深度的关系的模型。根据该模型对光纤辐射致衰减、光纤长度、光源光功率对最优调制深度的影响进行了仿真研究。结果表明：光纤辐射致衰减越小、光源光功率越大,则光纤陀螺的最优调制深度越大,且相应的随机游走系数越小。增加光纤长度将降低光纤陀螺的最优调制深度,当光纤衰减较大且光纤较长时,过调制技术可能会使光纤陀螺性能恶化。因此,在星载光纤陀螺的设计过程中应根据实际情况对调制深度进行优化,以保证陀螺获得最优的工作性能。理论分析和仿真结果为星载光纤陀螺最优调制深度的选取提供了依据。     

光纤陀螺输出信号的自适应滤波

噪声是影响光纤陀螺零漂指标的主要因素。为了降低光纤陀螺输出信号中的噪声含量,提高光纤陀螺的零漂指标,本文设计了一种自适应滤波器,用于光纤陀螺输出信号的数字滤波。设计的自适应滤波器采用基于最小均方误差准则的LMS算法,该算法的滤波准则是最小均方误差,采用递推的方法实现。设计的自适应滤波算法在数字闭环光纤陀螺中进行了实验,结果表明,设计的自适应滤波器能够降低陀螺输出数据中的白噪声,有效地提高了光纤陀螺的零漂性能。     

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。     

地地导弹快速自对准方法研究--消除外干扰影响的方法

讨论了消除外干扰对自对准精度影响的方法。双位置法自对准通过估计两个位置水平陀螺的输出并计算求得方位角,因此快速精确估计水平陀螺输出是高精度快速自对准的必要条件。采用零力矩法并将水平加速度表输出经二次积分得到位移序列,由位移序列多项式拟合系数估计水平陀螺输出可以有效减小估计误差。为了缩短对准时间,粗调平结束立刻开始用零力矩法测试,由多项式拟合系数精确估计粗调平剩余水平角并在估计陀螺输出时补偿。典型干扰条件下的仿真结果说明了该方法是非常有效的。     

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。     

基于四元数估计角速率的陀螺故障定位

当卫星速率积分陀螺的配置冗余度不满足一致性检验条件时，不能单纯利用硬件冗余实现陀螺的故障定位。鉴于角度和角速度敏感器的输出通过卫星运动学相关，本文利用姿态测量敏感器的输出来诊断陀螺故障。首先根据姿态测量敏感器的输出得到卫星姿态四元数，进而根据四元数动力学方程得到粗略的姿态角速度信息，并将此角速度作为输出信息用于对卫星动力学方程的滤波，从而得到较精确的角速度信息，为单冗余度陀螺组件的故障定位提供解析冗余信息。利用四元数方法可以避免出现奇点。仿真结果证明了该方法的有效性。     

某卫星姿态角的确定和对测量部件的故障诊断

卫星三轴姿态的确定是对卫星进行姿态控制的基础,利用陀螺和红外敏感器互补的特性,并对测量所得到的数据进行处理,便可得到卫星姿态角的估计值。陀螺和红外地球敏感器是卫星姿态控制系统中关键的测量部件,两者的测量输出通过卫星运动学方程相关,有冗余关系,可以用于故障检测。本文对所设计的观测器进行了数值仿真,证实了其有效性,并直接利用所设计的观测器进行故障检测,首先得出陀螺和红外地球敏感器在各种故障下的输出残差曲线,然后分析陀螺和红外地球敏感器的不同故障对输出残差信号的不同影响,找出各种故障与不同输出残差的对应关系,从而确定发生故障的部件。     

激光陀螺的比例误差

比例误差是陀螺的主要性能参数之一。激光陀螺的比例误差就是激光陀螺比例因子的线性度。本文用最小二乘法处理激光陀螺的实验数据,准确地计算出比例因子及其线性度,从而揭示出没有活动部件的激光陀螺有着非常理想的线性度。激光陀螺的线性度测量方法,是将激光陀螺固定在精密速率转台上,以标称角速度诸值输入,测出相应的输出拍频值。再求线性方程和待定系数,最后算出比例误差。     

谐振式光学陀螺环路的建模与仿真

介绍了谐振式光学陀螺整个系统的环路结构,根据谐振式光学陀螺工作原理,建立了谐振式光学陀螺的环路模型,通过分析模型锁频前后的仿真曲线,表明该模型输出结果符合理论要求。该模型可用于系统的优化设计,为其提供理论和数据支撑。     

利用特征结构指定隔离卫星滚动偏航陀螺故障的新方法

对于卫星滚动轴陀螺和偏航轴陀螺的故障隔离,给出了一种新的方法。利用姿态运动学的关系建立关联卫星各个敏感器输出信息的系统,对于这个系统设计隔离观测器,使不同陀螺的故障在残差空间的不同方向定向,达到故障隔离的目的。文中给出了隔离观测器存在的一个充分条件和求解步骤。最后的数学仿真表明这种方法能够有效地隔离滚动陀螺和偏航陀螺故障。     

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%。     

单Y型集成光学芯片的性能和集成光学陀螺关键技术研究

详细阐述了工程化多功能集成光学单Ｙ芯片的物理特性及对集成光学陀螺性能的影响。在陀螺相位检测过程中着重分析单Ｙ器件的背反射量对陀螺输出信号畸变的影响，由此建立的数学模型能很好地说明实验结果。     

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。     

基于自适应KF动态虚拟陀螺数据融合算法的研究

微机电系统(MEMS)陀螺与光纤陀螺相比，传感器的精度较低。为了提高MEMS陀螺的精度，通过组合多个相同陀螺实现虚拟陀螺的功能，同时提高虚拟陀螺的静态和动态性能。通过分析陀螺的Allan方差，并考虑陀螺之间的相关性，建立陀螺的测量模型;使用自回归(AR)模型建立预测模型，对卡尔曼滤波(KF)算法进行优化;搭建多MEMS陀螺仪硬件平台，获取数据并实时计算，融合多陀螺数据输出最优估计值，使用高精度转台分别在静态和动态条件下测试滤波效果。实验结果表明:静态条件下虚拟陀螺误差的方差可降低为单个陀螺的1/94，动态条件下降低为单个陀螺的1/18。基于自适应KF的虚拟陀螺可以显著提高精度。     

捷联惯导系统光学陀螺带宽不一致研究

研究捷联惯导系统（SINS）三轴光学陀螺带宽不一致问题及解决方法。从光学陀螺传递函数入手,分析陀螺带宽不一致引起陀螺输出不同步,进而影响姿态更新精度的机理;推导出存在陀螺带宽不一致时姿态确定精度的理论估算方法,给出频带一致性指标要求的确定思路;提出通过插值和外推进行补偿的方法,提高了姿态确定精度。利用光纤陀螺和激光陀螺组合实测数据进行姿态解算,通过补偿减小了系统的姿态确定误差,提高了导航精度,验证了理论分析的正确性。     

激光陀螺的高频读出与自适应滤波方法的研究

针对三轴激光陀螺捷联惯导系统(LINS)中三个激光陀螺受各自抖动频率限制,读出频带不足且读出信号不同步,导致动态应用精度降低,研究并开发了一种新的环形激光陀螺(RLG)高频读出电路及信号处理方法。方案采用抖动角传感器获取RLG抖动输出结合原始输出信号构成闭环LMS自适应滤波器,通过DSP信号处理,同时用整周期采样的累积输出作补偿。给出了实现的原理框图和滤波算法。经测试,该方法提高了RLG的读出频带,解决了读出信号不同步的问题,并有效减小了RLG的输出信号噪声,提高了LINS的解算精度,为系统在高动态条件下,实现相关数据分析与误差补偿提供了前提和基础。     

激光陀螺随机误差系数分离方法研究

介绍了国外常用于评估环形激光陀螺和其它精密测量仪器性能的Allan方差法，讨论了环形激光陀螺的随机噪声特性，应用Allan方差法对激光陀螺输出数据进行了分析，分离出各项误差的系数，结果表明Allan方差法是一种有效的误差特性分析方法。     

MSCMG永磁偏置磁轴承的低功耗控制方法研究

磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）在输出力矩且不计重力引入的功耗时,磁轴承的铜耗与输出力矩的平方成正比。这个问题不仅导致在输出额定力矩时,磁轴承的功耗在总功耗中占有较大的比例,而且最终限制了磁悬浮控制力矩陀螺的最大输出力矩。为解决这一难题,提出了通过控制转子悬浮位置由永磁体提供转矩的方法,并且分析了转子位置变化对输出力矩的影响。通过仿真和实验表明,输出力矩时磁轴承的功耗可降至静浮水平,样机实验表明,输出力矩为21Nm时磁轴承铜耗降为原来的34%.     

光退色在光纤陀螺抗辐加固中的应用研究

光纤陀螺中保偏光纤环因受辐射影响使其损耗增加,从而影响到光纤陀螺的精度,限制光纤陀螺在空间应用.对光退色现象从理论和实验进行深入的分析,得出光退色能够大幅度地降低保偏光纤的辐射损耗,增强保偏光纤的抗辐射性能,从而提高光纤陀螺的抗辐射性能.最后提出了利用光退色来提高光纤陀螺主动抗辐射的方案,采用该方案光纤陀螺光学系统的损耗降低了2.24dB,验证了该方案的可行性.     

基于数值微分方法的卫星陀螺故障诊断(英文)

提出一种基于数值微分的卫星陀螺故障诊断方法。通过引入代数可观测的概念,将故障诊断问题转化为求解数值微分问题。并根据卫星姿态运动学方程证明了陀螺故障的代数可观性。然后通过高增益观测器的方法来近似姿态敏感器测量输出的数值导数,并利用李雅普诺夫理论分析和设计高增益观测器。基于陀螺故障的代数可观性和星敏感器测量输出的数值微分,可以直接得到陀螺组件的故障估计值。最后,通过突变、缓变和并发故障等仿真算例验证了算法的有效性,仿真结果表明所提出的方法不仅可以检测故障的发生,而且能够估计故障幅值。