基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法研究CSCD

为准确评价光纤陀螺平台的低频角振动特性,提出了一种基于导航姿态解算的光纤陀螺平台低频角振动测试方法。首先,通过角振动台精确模拟载体的低频角振动状态,并通过光纤陀螺平台飞行导航过程中的断调平差分信号,实现平台框架角度信号与角振动台激励角度信号的数据同步;然后,利用平台式惯导系统的导航姿态解算方法,实时解算低频角振动过程中光纤陀螺平台的台体姿态,并通过坐标系转换得到平台基座系相对于地理系的实时姿态;最后,通过对光纤陀螺平台稳定回路的幅相特性分析,得到低频角振动激励下稳定回路的幅值和相位特性,实现对光纤陀螺平台角动态特性的准确评估。     

新型磁悬浮振动陀螺的设计与分析研究

振动陀螺是一种利用哥氏效应检测角速度的传感器,其谐振子的结构精度和阻尼均匀性限制了陀螺性能的提升。为减小谐振子结构与支撑锚点的影响,提出了一种全新概念的磁悬浮振动陀螺。该陀螺利用电磁悬浮的方法将谐振子悬空,从而简化了谐振子为无支撑锚点的集中质量块,降低了其结构精度要求,消除了机械结构阻尼,最终达到提升陀螺性能的目的。基于经典振动陀螺模型,理论分析了磁悬浮振动陀螺的基本工作原理,并说明了谐振子误差对陀螺性能的影响规律,设计了新型磁悬浮振动陀螺的结构,并对该结构的磁感应强度进行了仿真分析。仿真结果证明,悬浮质量块振动稳定,具有较好的磁场均匀性。最后对陀螺样机进行了测试,其固有频率为20Hz,标度因子约为1.6mV/[(°)/s],测试结果验证了所提磁悬浮振动结构的陀螺效应。     

精密角振动台的试验研究

精密角振动台是惯性器件的重要测试设备之一。它的研制将为改进常规陀螺和研制挠性陀螺等新型器件提供必要的测试手段,并且将填补我国惯性器件精密角振动测试设备的空白。本文阐述了研制精密角振动台的意义,提出了精密角振动台的主要技术指标,论述了原理方案的选订及其试验论证的结果。这是对精密角振动台原理方案的试验研究的探讨,为精密角振动台的研制奠定了基础。     

基于自回归与最小均方理论的振动环境下 光纤陀螺仪滤波方法

针对振动应力下光纤陀螺产生测量误差增大的问题,从振动对光纤环的影响机理出发,分析了振动应力下光纤陀螺干涉信号的表现形式,提出了基于自回归最小均方滤波理论的光纤陀螺滤波方法,将AR模型的平稳性和最小均方根滤波的自适应性相结合,提取平稳数据的特性参数,对高频信号进行滤波,降低非互易相移产生陀螺角速度误差值的干扰.试验表明,该方法简单可行,有效地降低了振动应力下光纤陀螺输出信息的噪声,抑制了由振动引起的陀螺漂移.     

光纤陀螺热致漂移仿真分析及实验验证

外界温度场作用下,光纤环温度变化和热应力是引起光纤陀螺非互易误差的主要原因。分析了光纤陀螺热致漂移的数学模型,基于该模型仿真研究了对光纤环以恒定功率加热随后转入平稳状态扰动因素下陀螺的输出特性。为验证模型准确性,选用3个光纤环搭建光纤陀螺系统,并对陀螺零偏变化特性进行了测试。测试结果表明,各陀螺零偏测试值与模型计算值间的误差不超过8%,实验结果与模型能够较好符合,该研究结果对高精度光纤陀螺的设计具有重要指导意义。     

宽温范围内光纤陀螺输入轴失准角误差 及补偿技术研究

随着光纤陀螺使用精度的提升,输入轴失准角误差对光纤惯组精度的影响也愈发突出.为了抑制光纤陀螺失准角误差,提升惯性系统精度,分析了失准角误差的产生原因,提出了设计与生产过程中减小失准角误差的工艺要求;分析了温度环境下失准角误差补偿方法的物理意义,进而推导得出其方法误差;对多组全温范围内(-40℃~+60℃)失准角实测数据进行逐步回归分析,确定失准角误差拟合模型.试验表明,采用该补偿方法最高能够降低92%的失准角误差.     

光纤陀螺尖峰脉冲研究

对光纤陀螺尖峰脉冲进行了深入研究,建立了光纤陀螺前放电路的噪声模型,分析了两个关键参数带宽和放大倍数对陀螺噪声和信噪比的影响,仿真结果指出降低前放带宽、提高放大倍数可以大幅度提高陀螺的信噪比,由于光纤陀螺信号特性的限制,这些改变必须在切除尖峰脉冲后才可以实现。对比分析了常见的几种光纤陀螺尖峰脉冲抑制方案,选择了模拟开关切除尖峰脉冲方案进行试验,试验结果表明,尖峰脉冲抑制方案对光纤陀螺的输出数据噪声性能提升效果显著,改进后的陀螺噪声降低了13%。     

陀螺加速度计交叉二次项的线振动台测试方法

为了提高陀螺加速度计的标定精度,有必要对交叉二次项进行精确的标定。提出了一种陀螺加速度计交叉二次项在精密线振动台上的测试方法,通过分析陀螺加速度计的测试原理建立了包含交叉二次项的误差模型。利用分度头将陀螺加速度计翻滚到不同的位置,测量陀螺加速度计进动整周期的相关时间参数和输出数据。通过计算加速度计模型输出与平均角速率积分之间的关系,准确辨识出陀螺加速度计误差模型中的各误差项系数。该方法可以有效抑制陀螺加速度计的输出误差,提高标定的精度。最后通过仿真分析,验证了该方法可以准确辨识出陀螺加速度计的二次项、交叉二次项等高阶误差项系数,辨识精度达到了10~(-7),进一步提高了陀螺加速度计在线振动台上的标定精度。     

双通道光纤陀螺捷联惯导的设计与实现

针对光纤陀螺惯导精度和动态性能相互矛盾的问题,从实际应用需求出发,提出了一种高精度和大量程的双通道光纤陀螺捷联惯导系统.介绍了设计的基本原理和系统组成,并详细阐述了大小光纤陀螺设计、双通道加速度计设计和软件算法设计等关键技术,最后研制了一套原理样机.通过系统级标定试验、量程和陀螺精度试验、高动态振动环境试验和动态跑车试验等对样机进行验证,结果表明该技术方案具有可行性,为其他光纤陀螺惯导系统提供了新的设计思路.     

金属壳固体波动陀螺信号提取方法研究

金属壳固体波动陀螺是利用驻波的进动特性来敏感输入角速率的一种新型 壳体振动陀螺,具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可广泛应用于 中低精度角速度测量领域。针对金属壳固体波动陀螺信号提取方法进行研究,在分析其 工作原理和基本数学模型的基础上, 提出利用四回路控制方法, 进行角速度解算。首 先,通过激励电极和反馈电极对振子振动特性进行控制;其次,通过阻尼电极和检测电 极抑制振子振型偏移;最后,根据阻尼控制力解算出输入角速度。通过仿真计算,给出 了角速度解算结果,验证了该方法的有效性。     

基于角增量和矢量模值观测的光纤陀螺温度漂移参数分段估计

光纤陀螺捷联惯导系统被广泛应用于航空、航天、航海及陆地车辆定位定向等领域,对光纤陀螺输出误差进行补偿是提高导航精度的有效手段。温度漂移和常值零偏是影响光纤陀螺精度的两个主要误差来源,对角增量输出式三轴光纤陀螺捷联惯导系统的陀螺温度漂移及常值零偏误差参数估计方法进行了研究。针对光纤陀螺的温度漂移,提出了一种基于角增量的分段最小二乘估计方法,根据不同温度区间的特征使用低阶模型即可进行误差建模,估计结果相比整体估计方法更加精确,同时推导了各个温度段参数的边界条件,保证了温度漂移模型在不同温变速率条件下的连续性。针对三轴陀螺输出中包含的常值零偏,提出了一种基于地球自转角速度矢量模值观测的方法,可在不依赖高精度转台等外部基准设备的条件下对光纤陀螺零偏进行估计,可适用于高纬度地区及极区环境下的外场标定。通过温箱静置升温实验,对光纤陀螺惯导系统三轴角增量陀螺进行了温度漂移和零偏的估计与补偿,验证了提出方法的有效性。     

光纤陀螺随机振动条件下输出信号的相关检测

对光纤陀螺振中输出信号进行频谱分析,发现在某些频率点下幅值很大,造成振动过程中陀螺存在较大的振中零偏漂移。本文提出了采用相关检测技术对误差信号进行分析的方法,理论仿真表明相关检测可提取噪声中隐含的周期性信号,研究发现了陀螺机械封装及工装固定是产生上述试验现象的主要影响因素,提出了相应的改进方案并进行了试验验证。试验证明理论分析正确,改进方案使陀螺振中零偏漂移降低了一个数量级。     

输入光功率对探测器组件带宽的影响分析

本文理论分析了输入光功率对探测器组件带宽的影响。分析结果表明,探测器组件放大电路场效应管的转移特性曲线线性度较差造成了探测器组件带宽的变化;随着输入光功率的增大,探测器组件带宽会急剧减小。对探测器组件的带宽进行了测试,验证了理论分析的正确性,为选择合适的探测器组件输入范围以获得较高的陀螺精度提供了理论依据。     

航空发动机转速传感器振动试验载荷确定及应用

航空发动机成品振动试验多数参考振动环境试验相关标准执行,没有真正意义上结合成品的振动特性与发动机实测振动环境确定振动试验载荷,导致成品内场试验潜在问题没有暴露出来,外场交付使用问题频发,严重影响发动机可靠性水平.以某型发动机转速传感器为研究对象,详细地阐述了转速传感器振动环境载荷确定的工作流程和方法,提出了基于疲劳次数的正弦振动试验方法并完成了产品的试验验证,发现了壳体裂纹、输出断路等故障,将改进后的产品进行回归验证,故障未再发生.基于实测数据制定的正弦振动试验方法,对转速传感器的结构完整性进行了验证,可为确定传感器类成品试验载荷和验证产品的可靠性水平提供新的方法.     

基于应力强度干涉理论和薄弱环节分析的光子晶体光纤陀螺寿命评估

在空间飞行环境中,航天器承受着各种环境的作用,而每种环境因素都在一定程度上影响着航天器的工作寿命。光子晶体光纤是一种新型光纤,其比传统保偏光纤更耐辐照,是长寿命光纤陀螺(Fiber Optical Gyroscope,FOG)的首选,可以满足长寿命卫星的应用需要。将光纤陀螺特征寿命定义为强度,将热、辐照和振动等环境因素定义为应力,运用应力强度分析理论,采用最坏情况分析方法,分析了在常见应力联合作用下光纤陀螺的薄弱环节,评估了光纤陀螺的在轨工作寿命,验证了光子晶体光纤陀螺在某长寿命通信卫星上的适应性。分析结果表明,热和辐照是影响光子晶体光纤陀螺的重要因素。研究结论可用于有针对性地进行改进设计,为长寿命高可靠卫星提供技术支撑,具有显著意义。     

Design and feedforward control of large-rotation two-axis scan mirror assembly with MEMS sensor integration

As a key component of electro-optical systems, a Two-axis Scan mirror AssemblY(TSAY) is usually used for Line-of-Sight(LOS) precision pointing, tracking, scanning, and stabilizing. Therefore, it is necessary for a TSAY to have a large angular range, high dynamic characteristics, and small mirror surface distortion. Furthermore, vibration from carriers of electro-optical systems, such as spacecraft and airplanes, is inevitable, so it is critical to guarantee the control accuracy of a TSAY under vibration. In this paper, a TSAY prototype is designed and developed. To increase the control bandwidth, structural topology optimization is applied to the TSAY's elliptical mirror to reduce the moment of inertia, meanwhile keeping surface flatness. A flexible hinge is adopted to achieve a large angular range. To suppress the angular perturbation caused by the base linear vibration, an adaptive feedforward loop with base-integrated Micro-Electro-Mechanical System(MEMS) accelerators is constructed to enhance the TSAY's feedback loop. Simulation and experimental results show that the TSAY prototype's two-axis mechanical angular ranges are more than ±3.2°, the mirror surface flatness Root Mean Square(RMS) value is better than 0.04 k, and the closed-loop bandwidth is beyond 330 Hz. These are suitable for most applications. Besides, the angular perturbation caused by the base vibration can be suppressed more than 37.7% with the addition of the adaptive feedforward loop.     

一种改进的捷联惯导系统划船补偿算法

高精度的划船效应补偿算法是提高高动态、恶劣振动环境下捷联惯性导航系统性能的重要手段之一。鉴于所研究系统的陀螺及加速度计的输出都是脉冲,因此可以转化得到载体的角速率、加速度、角增量和速度增量。本文将角速率,角增量以及加速度,速度增量信号同时引入速度更新计算当中,提出了一类新的划船效应补偿算法。对这类新划船效应补偿算法的系数方程进行了推导并对其补偿性能进行了分析。根据系数方程列出了几种补偿算法的系数和补偿误差。采用典型划船运动作为测试输入,对列出的新算法进行了仿真研究。仿真结果表明,与传统的划船补偿算法相比,新算法具有更高的补偿精度。     

船用光纤陀螺罗经试验方法

目前,国内关于光纤陀螺和捷联系统技术的研究日趋成熟。随着新型光纤陀螺罗经可以大大提升舰船保障和生存能力,将逐步取代传统机电式平台罗经,成为航海领域的舰船首选航行保障设备。在对光纤陀螺罗经工作机理和关键技术深入分析的基础上,提出满足光纤陀螺罗经试验鉴定需求的试验理念和试验模式,利用该方法进行试验设计,对试验中的关键条件、主要指标和考核因素等重点方面进行详细的分析与阐述。通过陆上试验和航行试验,验证了研究在试验鉴定中具有一定的应用价值,同时可指导捷联航姿系统试验。