闭环光纤陀螺研究

 在开环光纤陀螺的基础上,采用锯齿波相位调制实现相移补偿,组成闭环光纤陀螺样机。通过对补偿相移特性的分析提出利用一种比较简单的实验方法,综合分析陀螺的线性度误差,对提高线性度有重要意义。本文给出了由锯齿波回扫时间引起的频差的实测结果。     

数模转换器毛刺对光纤陀螺相关检测的影响分析

数模转换器(DAC)是全数字闭环光纤陀螺反馈通道的重要部件,DAC的毛刺特性会对光纤陀螺的调制解调结果产生影响.基于DAC中值毛刺特性建立了光纤陀螺反馈回路的非理想调制方波模型,分析了调制频率与本征频率不同时DAC毛刺在干涉信号中产生的各类周期干扰信号.利用周期干扰信号的Fourier级数推导出了DAC毛刺造成调制解调误差的数学模型,仿真分析了数模转换器毛刺的宽度、高度,光纤陀螺调制频率、本征频率及放大电路的增益带宽对陀螺解调误差的影响.最后,通过开环实验验证了DAC毛刺对光纤陀螺调制解调的影响.     

窄频差硅基环形陀螺检测闭环控制系统设计

针对窄频差硅基环形波动陀螺动态性能差的问题,提出了一种基于比例积分微分-惯性环节(proportion integral differential-inertial element, PID-IE)的串联式相位校正检测闭环系统控制器。以硅微机械陀螺仪结构运动方程为基础建立了理想的窄频差U形弹性梁硅基环形波动陀螺仪的系统模型。通过对环形陀螺开环工作状态下的系统模型及其外围电路的传递函数和波特图分析,设计了一种基于PID-IE的检测闭环系统控制器。通过对其系统模型及外围电路时域仿真,验证了该检测闭环控制系统的可行性,通过仿真发现,加入该控制器后的陀螺输出稳定时间减少了50%,陀螺检测位移输出减小了2个数量级,基本实现了该陀螺的检测位移抑制。在模拟电路中实现了该检测闭环控制系统后,通过实验测试了陀螺检测闭环控制前后的各项性能指标。通过实验测试发现,实现闭环控制后,陀螺输出稳定时间约为0.15 s,陀螺检测位移在闭环工作状态下比开环工作状态减小了97%,陀螺的标度因数比检测开环提高了10倍,零偏及零偏不稳定性与检测开环相比分别提升了3倍和8倍,且闭环控制系统的工作带宽比开环工作带宽提高了30倍...     

干涉型光纤陀螺温度漂移建模与实时补偿

 分析了干涉型光纤陀螺(IFOG)温度漂移的影响因素，通过建立温度与陀螺模型参数之间的线性相关关系，推导出了光纤陀螺温度漂移的分布模型。为了提高陀螺温度漂移模型的适应性，设计了0.25,0.75,1.00 ℃/min三种变温速率的温度试验，并利用小波变换的方法分离数据中的噪声和趋势项。基于温度漂移的分布模型和最小二乘误差（LSE）准则，建立了多参量联合线性模型来估计陀螺温度漂移。采用升温过程和降温过程分段建模的方法将多参量联合线性模型算法进行了简化，并在现场可编程逻辑阵列（FPGA）中分时复用一个全串行有限冲激响应（FIR）滤波器实现了陀螺温度漂移的实时估计。仿真的温度补偿结果及实时的温度补偿结果显示，该方法可以使陀螺温度漂移减小到1/10~2/10。     

以市场为导向推动光纤陀螺技术新发展

干涉型光纤陀螺（ＩＦＯＧ）自进入９０年代中期以来,在技术进步及市场开拓两方面都有重大进展,本文重点介绍开环光纤陀螺的应用,以及闭环型战术级,导航级光纤陀螺及精密级光纤陀螺的技术进展及市场开发,并对整个光纤陀螺技术的未来展望做了进一步描述。     

谐振式光子晶体光纤陀螺信号检测及处理技术研究

谐振式光子晶体光纤陀螺是一种具有小型化、高精度等潜在技术优势的新型光纤陀螺,是国内外惯性器件研究的一个重要发展方向。针对谐振式光子晶体光纤陀螺的结构和信号检测原理进行了详细的叙述,确定了基于FPGA的陀螺信号检测总体方案,陀螺信号处理及控制模块主要由频差信号解调、复合拍频检测、闭环反馈控制、数据编码输出以及调制信号模块组成;随后重点介绍了窄线宽半导体激光器的驱动控制方案,在调制解调及频率偏差检测方案上采用数字相敏检波器实现频率偏差检测,在谐振频率闭环跟踪锁定方案上采用数字PI控制器实现环路光频率控制;最后进行了谐振式光子晶体光纤陀螺实验测试系统搭建,以及谐振曲线测试和谐振频率闭环锁定测试。     

基于多参量模型的光纤陀螺温度误差补偿

温度漂移误差是制约光纤陀螺精度的重要因素之一。针对传统光纤陀螺温度补偿方法仅对温度项建模导致补偿精度差的问题,提出了一种新型多参量模型来补偿光纤陀螺温度误差的方法。通过对陀螺零漂误差和温度各相关项进行相关性分析,将温度和温度速率的乘积项及温度梯度滞后项引入到温度漂移误差模型中,建立了多参量分段补偿模型对零偏进行补偿,显著改善了光纤陀螺的零偏稳定性。使用实测光纤陀螺数据对提出的补偿方法进行实验验证,结果表明采用该方法补偿后,零偏误差平方和降低2个数量级,陀螺漂移均值、方差稳定在零点附近,补偿效果优于温度项分段拟合方法,与非线性模型预测效果相当。     

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。     

光纤陀螺前置放大滤波电路的噪声分析

光纤陀螺的全数字闭环处理技术是解决光纤陀螺输出非线性问题的关键,其中光电转换及前置放大部分是保证闭环处理有序准确进行的前提和保障。光电转换及前置放大部分的噪声主要来自光电探测器的散粒噪声和前置放大器的噪声。因此,本文对全数字闭环处理过程中前放滤波部分的噪声进行了分析,针对现用的放大器芯片提出了对比优化方案并进行了试验验证,结果表明通过对比选择低噪声前置放大器会减小对陀螺零偏稳定性的影响,对光纤陀螺的工程应用有良好的参考价值。     

光纤陀螺反馈回路增益及其线性度的测试方法研究

本文重点论述了一种测试光纤陀螺反馈回路增益及其线性度的方法。在光纤陀螺调制解调电路的基础上,由数字逻辑芯片产生数字信号,经过D/A转换器之后对Y波导施加调制,连续改变调制幅度,获得光路部分干涉输出信号,经过A/D转换器之后进行数字解调,再使用最小二乘法进行拟合,从而可以计算出光纤陀螺反馈增益及线性度误差。简单易行,而且测试精度较高,对于改善光纤陀螺标度因数线性具有较高的工程应用价值。     

A Digital Open-Loop Adaptive Processor

A new technique for adaptive processing applications, which is superior to the conventional Applebaum-Howells adaptive loop, is presented. The new technique is based on open-loop digital processing and does not have the limitations of the conventional closedloop analog processor. In contrast with the conventional adaptive loop, the open-loop processor has effectively infinite gain, is unconditionally stable, and does not depend on the power level of the auxiliary signal.     

Active flutter suppression of a multiple-actuated-wing wind tunnel model

In this study, a multi-input/multi-output（MIMO） time-delay feedback controller is designed to actively suppress the flutter instability of a multiple-actuated-wing（MAW） wind tunnel model in the low subsonic flow regime. The unsteady aerodynamic forces of the MAW model are computed based on the doublet-lattice method（DLM）. As the first attempt, the conventional linear quadratic-Gaussian（LQG） controller is designed to actively suppress the flutter of the MAW model. However, because of the time delay in the control loop, the wind tunnel tests illustrate that the LQG-controlled MAW model has no guaranteed stability margins. To compensate the time delay, hence, a time-delay filter, approximated via the first-order Pade approximation, is added to the LQG controller. Based on the time-delay feedback controller, a new digital control system is constructed by using a fixed-point and embedded digital signal processor（DSP） of high performance. Then, a number of wind tunnel tests are implemented based on the digital control system.The experimental results show that the present time-delay feedback controller can expand the flutter boundary of the MAW model and suppress the flutter instability of the open-loop aeroelastic system effectively.     

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。     

Sensorless synchronous reluctance drive with standstill starting

This paper presents a novel sensorless synchronous reluctance drive system. Based on the dynamic model of the synchronous reluctance motor (SRM), a new rotor position estimator is proposed. This estimator is only related to the rate change of the stator currents. It is not related to the parameters, speed, voltage, and external load of the motor. As a result, the estimator is simple and robust. Based on the proposed estimator, a sensorless synchronous reluctance drive has been implemented. This drive system can start from standstill and accelerate to a rated speed; the traditional open-loop starting method, therefore, is unnecessary. A digital signal processor, TMS-320-C30, is used to implement the estimating and control algorithms. Experimental results show that the proposed system works well. The adjustable speed range can be from 1 r/min to 1800 r/min. Moreover, by adding the position-loop controller the proposed system can perform as a position control drive as well. Several experimental results validate the theoretical analysis.     

数字闭环光纤陀螺的调制串扰误差

 通过分析数字闭环光纤陀螺的阶梯波调制信号与输出死区、周期噪声干扰及小角速度漂移的关系，提出了调制串扰误差的概念。指出调制信号与探测器输出信号之间的电交叉耦合及调制信号产生的调制误差是产生调制串扰误差的干扰源。将调制串扰通道模型简化为比例环节和部分积分环节，并和光纤陀螺理想模型结合，建立了光纤陀螺调制串扰误差模型，利用该模型推导出了产生死区的条件及周期噪声干扰和小角速度漂移造成的输出偏差表达式，并对周期噪声的幅值、频率与陀螺输出量级、带宽之间的关系进行了定量分析。调制串扰误差的仿真和实验结果与理论分析结果基本一致，验证了调制串扰误差模型的正确性。     

基于DSP的电磁轴承控制系统设计

介绍了电磁轴承的基本组成及其工作原理,并设计了以TMS320F240为核心的数字控制系统,包括改进的MCEP算法和多文件工程结构的软件设计方法;针对定点DSP在控制程序中数值运算的定标和溢出问题找到了一种有效的解决方法。     

数字滤波器在DSP上的实现

可编程DSP(Digital Signal Processor)是一种能够快速进行数字信号处理的特殊微处理器，而数字滤波器是DSP的基本应用之一。在掌握DSP应用系统开发知识的基础上，介绍了线性相位FIR数字滤波器的设计方法，并重点论述了在TMS320C5402 DSP上实现滤波器的关键技术。实践证明，借助DSP硬件结构上的优势，所设计的数字滤波器具有运行速度快、能够进行实时信号处理、精度高的优点，其整体性能较优越。     

Conical Scanning System for Pioneer Jupiter Spacecraft

The concept, operation, and predicted performance of an RF tracking control system used to point the Pioneer F/G spacecraft at the Earth is described. This system employs a modified conical scanning technique called Conscan. The signal processor, the most interesting unit of the system, is described in detail to show that it approximates a maximum likelihood estimator. The dynamic behavior of the spacecraft and the stability analysis of the system are presented, demonstrating that the system performance is basically determined by the open-loop phase and amplitude errors introduced by the antenna, receiver, and signal processor. A detailed error budget shows that the phase and amplitude errors are small. Finally, closed-loop simulation and test data are presented to verify the error budget.     

多速率数字飞行控制系统

 本文针对数字飞行控制系统的多速率特点,分析了等效变换的方法及变换成单速率系统的过程,并由此讨论了多速率系统的性能及其设计方法。