自适应卡尔曼滤波在激光陀螺信号处理中的应用

各种随机噪声是激光陀螺误差的主要来源。为了减小激光陀螺的随机误差，建立了激光陀螺随机漂移数据的时间序列模型，设计了基于激光陀螺随机漂移数据时间序列模型的经典卡尔曼滤波器，对激光陀螺随机漂移数据进行了卡尔曼滤波，并针对经典卡尔曼滤波的不足，利用简化Sage—Husa自适应滤波算法对激光陀螺漂移数据进行处理，取得了较好的结果。滤波结果表明，简化的Sage—Husa自适应滤波优于经典卡尔曼滤波，并验证了简化的合理性。     

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。     

二频激光陀螺的电解调输出系统(一)

电解调是二频激光陀螺输出系统的解调方案之一。本文阐述了合光棱镜的基本原理,形成光拍的物理过程,以及陀螺鉴相和消除抖动偏置输出等问题。     

多径效应对非相干延迟锁定环的影响

多径是影响伪码测距及定位精度的重要误差源之一。研究多径效应对非相干延迟锁定环的影响,给出多径信道下的最大测距误差公式,指出存在多径时的S曲线斜率的变化规律,并分析多径对跟踪环路噪声性能的影响。仿真及分析结果表明,多径引起了鉴相曲线的零点漂移,并导致了更大的噪声抖动。     

SpaceWire光纤总线时钟同步方法研究

将SpaceWire ECSS-E-50-12C标准中基于Time-Code时间分发的同步方式应用于SpaceWire光纤总线系统中时,存在计时精度不高且计时长度短、延时误差不可控、频率偏差无法补偿的问题,不能满足纳秒级的时钟同步需求。针对以上问题,提出了使用从节点的本地时钟计数、时间戳计算平均延时、以及根据时钟频率偏差调整动态时钟计数的方法,消除时钟同步过程中时钟延时、抖动和频率漂移的影响,提高时钟同步精度。通过仿真验证,在光纤总线系统主节点和从节点的时钟频率不同,传输延时为80ns,延时抖动为8ns,且同步间隙为100μs的情况下,优化后的时钟同步精度达到了从100μs到24ns的提升。     

抖动式激光陀螺零速率点误差分析

分析了抖动式激光陀螺经过零速率点引起的误差特征。根据此误差特征，系统地推导出该误差与陀螺参数的关系并进行了必要的讨论。     

激光陀螺随机误差的非参数建模与滤波

陀螺随机误差是影响惯导系统导航精度的重要方面.减小随机误差影响的有效方法是对随机误差进行建模并采用合适的滤波器进行滤波.为了更好地描述激光陀螺漂移的非线性,提出应用一类非参数ARMA模型--FARMA(p,q,d)模型(函数系数自回归滑动平均模型)对激光陀螺漂移数据进行建模.同时提出应用粒子滤波技术进行滤波,并采用交叠式Allan方差法辨识滤波前后随机误差噪声参数.仿真结果表明,应用该模型能较好的反映激光陀螺漂移的非线性;粒子滤波技术能有效抑制随机误差,5个误差项系数的减少均在29%以上.     

基于新型经验模分解的激光陀螺漂移趋势项提取

为了提高激光陀螺建模精度进而提高惯件导航系统的精度,需要对激光陀螺漂移时间序列的趋势项进行精确提取.针对陀螺漂移时间序列非线性、非平稳的特点,提出一种基于自适应正弦延拓的新型经验模分解方法对其趋势项进行提取.该方法根据信号端点附近数据变化趋势,在其两端加上适当相位、幅值和频率的正弦延拓函数,从而抑制端点效应,提高分解精度.数字仿真和实例应用结果表明该方法具有筛选次数少,自适应能力强,分解精度高的优点,是提取趋势项的一种有效方法.     

脉冲展宽对深空激光通信的影响与补偿研究

深空激光通信系统下行链路的脉冲位置调制PPM（Pulse Position Modulation）信号在经过大气信道传输和单光子探测器接收时,将出现脉冲展宽效应,引起通信系统性能下降。分析了大气信道中的淡积云云层散射、大气湍流与气溶胶散射和单光子探测器的抖动特性所引起的脉冲展宽效应。在此基础上,仿真分析了淡积云云层物理厚度对不同PPM调制阶数下通信速率的影响,并研究了单光子探测器引起的脉冲展宽产生的抖动损失。为补偿脉冲展宽的影响,提出了一种基于时隙似然比解调的补偿方法,通过仿真验证了该方法能够有效降低深空PPM激光通信链路中脉冲展宽对通信误码率的影响。该研究对分析和提升深空PPM激光通信系统的链路性能具有一定的参考意义。     

飞行控制用激光陀螺的一种滤波方法

采用传统的FIR低通滤波器对激光陀螺输出信号滤波后会产生较大的时间延迟,使得滤波后信号难以满足姿态控制系统的要求.为了保证响应时间与导航精度均满足需求,本文研究了低阶FIR低通滤波器与自适应IIR陷波器相结合的滤波方法.理论仿真和试验结果表明,该方法可以有效的消除激光陀螺抖动偏频信号,同时能够显著缩短时间延迟,具有工程实用价值.     

基于激光实时跟踪测量的航天器编队相对位置测量方法

为了解决编队航天器间相对位置的高精度测量，实现航天器编队自主飞行，提出基于激光实时跟踪测量航天器间相对位置的测量定位方法，建立了航天器间相对位置测量的数学模型。该测量方法在直角坐标系下用Hill方程建立编队航天器相对运动模型，得出航天器相对运动轨迹的解析解，在极坐标系下建立航天器间相对位置的激光跟踪测量模型，将激光跟踪测量系统的测量值转换到直角坐标系，对转换误差进行去偏差补偿，利用卡尔曼滤波方法进行数据处理，以提高航天器间的相对位置测量精度。仿真结果表明，若对于测距精度为5厘米，测角精度为0．1度的激光跟踪测量系统，采用去偏差转换测量卡尔曼滤波方法，航天器空间相对位置精度可达到厘米量级。     

三角形激光陀螺谐振腔的精度分析

利用几何光学建立了三角形激光陀螺谐振腔反射镜微动引起腔内环形光路的变化方程，通过对光路偏移量的分离，导出由谐振腔加工误差造成的且经过调腔后的剩余偏移量，最后通过光路的剩余偏移量对激光陀螺性能影响的分析，计算出三角形激光陀螺谐振腔加工精度要求并对其特点进行了总结。     

激光陀螺稳频反射镜的选择

讨论了球面及平面两种稳频反射镜的加工误差对陀螺腔内光路的偏移作用， 分析了腔内光路随这两种反射镜在稳频平移过程中的变化规律以及光路不对称变形对陀螺朗缪尔零漂的影响。分析结果表明： 无论从稳频反射镜存在加工误差考虑， 还是从稳频平移对陀螺性能影响的考虑， 选择球面镜作稳频反射镜要优于平面镜。     

基于绝对速度测量计的自主导航探讨

对用激光原理进行绝对速度测量和由它实现自主导航的概念进行了探讨。利用3个陀螺仪和3个激光测速计按直角坐标方式配置,即可组成基于绝对速度测量计的捷联式惯性测量组合。这种方法的优点是简化计算和有利于提高精度。     

距离变化率测量慢漂误差的估计

ＭＩＳＴＲＡＭ系统是一种常用的航天飞行器轨道跟踪测量设备，但在距离变化率跟踪测量中存在慢漂误差，该误差严重影响测量数据精度。本文利用样条函数，建立了估计慢漂误差和轨道参数的非线性模型；通过建模，选模准则的深入研究，给出了表示轨道参数和表示慢漂误差的样条函数的节点选取原则；最后，利用所得的最优模型，给出了慢漂误差的估计及估计精度，本文方法应用于运载火箭的跟踪数据处理，得到了工程分析非常吻合的结果。     

基于激光激励的火工冲击响应及其特性研究

针对传统火工冲击激励方法在频率范围方面的局限性，研究新兴的激光激励方式、激励特性及其参数的影响，探究模拟火工冲击试验的可行性。首先参考经典的冲击试验方法，制定了激光激励试验的试验方案，设计了试验装置并进行了冲击试验；然后针对火工冲击和激光激励的试验结果，在时域、频域进行了时频分析和响应谱分析与对比；最后依据该试验方法，讨论了激光脉冲频率和激光脉冲能量对冲击响应的影响。研究提出的激光激励方法对火工冲击机理研究与地面模拟试验设计具有一定的参考价值。     

深空激光通信终端主要参数的分析与研究

针对深空激光通信的应用环境和特性,分析了通信链路中的关键性能指标,考虑了距离光斑扩散衰减、指向控制精度衰减、大气衰减、太阳辐射、探测器暗电流噪声等因素后,确定了通信速率和通信误码率的具体计算方法。对通信链路进行建模,分析了各个参数的计算方法;通过公式推导分析了发射端望远镜口径（激光束散角）与指向控制精度对最大通信距离的影响,以数值仿真进行佐证并进一步分析了发射端望远镜口径（激光束散角）与指向控制精度的约束关系,提出了深空激光通信参数设计的方法。在此基础上进一步计算了现有激光通信能力在地月空间、地火空间场景下的激光链路性能。     

陀螺漂移测试转台的发展和展望

本文简述了陀螺漂移测试转台及其主要元部件的现状。通过比较和分析,给出了国际水平的陀螺漂移测试转台的主要技术指标。在此基础上,作者研究了当前国际上陀螺漂移测试转台的发展动向,进而对国内陀螺漂移测试转台的进一步发展提出了建议。     

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。     

实施卫星激光定轨的建议

随着卫星对地观测分辨率的不断提高 ,对卫星在轨位置精度的要求也越来越高。采用星载激光后向反射镜阵列与卫星激光测距定轨方法 ,可以获得厘米级的定轨精度。文中针对我国国情 ,建议我国的导航卫星和对地观测卫星采用激光定轨技术 ,并提出了创立卫星激光定轨条件的实施建议。