2021年国外惯性技术发展与回顾

对2021年IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献,以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行详细梳理。总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、原子陀螺和加速度计等惯性仪表及惯性系统的发展现状,并对惯性技术领域的发展动向进行了剖析与展望。     

2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。     

2020年国外惯性技术发展与回顾

通过对IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议、PLANS会议和DGON ISS会议等惯性技术相关会议文献,以及惯性技术相关机构发布的一些动态信息进行梳理,总结分析了惯性技术领域的最新发展动态,并重点介绍了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺和加速度计等惯性器件的发展现状,以及美国为增强定位、导...     

2019年国外惯性技术发展与回顾

2019年，在IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议、欧洲导航会议、美国导航学会的GNSS等会议上，国外惯性技术相关组织与机构纷纷报道其研究成果。结合惯性会议和相关研究机构披露的信息，梳理了惯性技术领域的最新发展动态，重点介绍了光学陀螺、微机电（MEMS）陀螺、半球谐振陀螺（HRG)、原子陀螺以及加速度计等惯性仪表及惯性系统的发展现状，并对惯性技术领域的发展动向进行了分析和展望。     

基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制

微惯性测量单元具有成本低、体积小、功耗低和抗冲击等优点,可以应用在车辆稳定控制、平台稳定及导航控制系统中,具有广阔的市场应用前景.详细介绍了采用三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计研制的微惯性测量单元硬件设计,对信号进行预处理、陀螺漂移补偿、降噪等处理.所研制的低成本MIMU经过补偿后零位漂移保持在:X轴、Y轴、Z轴,可以应用到普通导航领域.     

基于加速度计和角速率陀螺的超小无人直升机姿态控制系统

设计了一种基于加速度计和角速率陀螺的超小型无人直升机姿态控制系统;由卡尔曼滤波算法融合加速度计和陀螺数据,实时估计最优的直升机姿态信号;根据最优的姿态反馈信号,飞行控制系统采用参数自整定的模糊PID控制方法得到舵机控制信号,从而实现了超小型无人直升机的姿态控制。     

基于MEMS陀螺的风洞模型水平姿态动态测量与精度评估

风洞实验对模型的水平姿态实时动态测量精度的要求不断提高,微小型飞行器模型、高精度的激光陀螺、光纤陀螺惯性测量单元往往在体积、质量方面受到限制,而单一的MEMS系统在水平姿态测量精度方面通常难以达到要求。采用高精度石英挠性加速度计替代MEMS加速度计,与MEMS陀螺进行组合测量。针对加速度计I/F转换脉冲量化及陀螺漂移对动态测量精度的影响,提出了一种基于速度观测Kalman滤波的水平姿态动态测量算法,以提高风洞实验中模型水平姿态的测量精度。提出了在三轴飞行模拟转台上,利用高精度激光陀螺捷联惯导系统的测量结果作为基准进行动态精度评估的方法,解决了安装误差、时间同步等因素对评估精度的影响。通过与其他几种惯性水平姿态测量方法进行精度对比,验证了该算法的技术优势。     

MEMS惯性测量组合的整体误差建模与标定

对微机电系统(MEMS)惯性测量组合(MIMU)的主要误差项进行分析,提出一种针对MIMU整体的误差补偿模型,模型囊括MEMS惯性传感器自身的零漂、互耦、标度因数非线性等误差,以及传感器安装误差、系统电路漂移等.根据模型设计整体标定和补偿方法,并用最小二乘法系统求解模型中的69个误差系数,避免单一传感器误差补偿的片面性.针对MEMS传感器明显的温度非线性,利用分段补偿的方法将所研制的MIMU的全温范围分成3段,分别求解各分段误差模型的误差系数进行补偿.经实验论证,该方法能有效地抑制多种误差项对MEMS传感器精度的影响,使MEMS陀螺和加速度计的精度提升1-2个数量级.     

一种适用于MEMS惯组的低维传递对准方法

为适应惯导系统低成本、轻量化的发展方向,使用MEMS惯组作为敏感器逐渐成为惯导系统采用的主要方案.但是,该方案存在MEMS惯组内陀螺和加速度计常漂大、重复性差、安装误差难以标定的问题,需要使用高精度惯导作为基准对上述误差进行估计.通过构建导航速度、姿态阵的误差模型,使用Kalman滤波算法对误差参数进行估计,实现了对陀...     

微小型无人直升机姿态信号的互补滤波融合算法

基于惯性测量技术获取飞行器姿态信号的方法已被广泛应用,然而对于微小型或低成本无人飞行器而言,通过MEMS传感器获取满足精度要求且稳定可靠的姿态信号仍然是具有一定难度的工程问题。文章针对民用微小型无人直升机的低成本要求和使用环境,利用三轴角速率陀螺仪和加速度计在姿态估计中频率互补的特性,采用互补滤波算法,改进了滤波参数的自适应调整方法,实现了俯仰角和滚转角信号的有效融合,得到的姿态信息可用于微小型无人直升机的内环增稳控制。仿真和试验数据表明,该方法测量精度较高,工程实现简单,算法稳定,能有效解决微小型无人直升机姿态信号的工程求解和使用问题。     

主惯导速度误差短周期波动对子惯导传递对准影响分析

随着激光陀螺技术的发展,旋转调制式激光陀螺惯性导航系统逐渐成为舰载主惯导系统,舰载机、舰载武器系统需要旋转调制式激光惯导系统提供的姿态、速度和位置信息进行对准,即主子惯导的传递对准。由于旋转调制式系统中的姿态、速度和位置具有随旋转的短周期波动问题,势必会影响对准时间较短的子惯导对准精度。为了保证传递对准的快速性,一般采用速度匹配方法。定量分析了主子惯导传递对准过程中主惯导速度误差短周期波动对子惯导系统对准精度的影响,首先进行了数字仿真,之后利用双轴激光陀螺惯导、纯捷联光纤陀螺惯导数据进行了半实物仿真,验证了主惯导速度误差的一次项系数与子惯导初始对准水平姿态误差呈线性关系,二次项系数与子惯导初始对准航向误差呈线性关系。     

超流体物质波干涉陀螺仪的噪声研究

 陀螺仪的精度与其噪声密切相关,为开发新型高精度的超流体物质波干涉陀螺仪,必须对其噪声进行系统研究。根据超流体陀螺噪声产生的机理,分析了该陀螺噪声的来源,并把超流体陀螺的噪声类型归纳为:热、锁定值波动、温度波动、频率波动和检测元件等。在建立了各噪声数学模型的基础上,利用超流体陀螺通用的参数,对其噪声进行了分析。分析结果表明:热噪声与陀螺的结构参数和工作参数相关,与被测角速度无关;锁定值波动噪声只与结构参数相关;其他噪声与结构参数、工作参数和被测角速度都相关;检测元件、频率波动和锁定值波动噪声是构成超流体陀螺输出噪声的主要因素;在角速度变化量的范围内,超流体陀螺的输出噪声非线性变化,在1 Hz的带宽下,其变化范围为-7到-6次方的数量级。     

旋转调制式惯性平台的圆锥运动误差

转调制式空间稳定平台采用陀螺壳体翻滚技术,陀螺壳体翻滚在平台伺服跟踪作用下将形成圆锥运动。圆锥运动误差会引起陀螺漂移,对高精度、长航时惯性导航系统的精度将造成严重影响。首先,介绍了高精度、长航时旋转调制式惯性平台的基本工作原理,推导了平台上的陀螺沿旋转主轴相对地球的角速度。其次,阐述了陀螺壳体翻滚的圆锥运动,推导了壳体翻滚装置和框架伺服系统的跟踪误差及牵连运动角速度引起的圆锥运动附加漂移误差公式。再次,根据数值举例给出了计算机仿真曲线,指出该误差对高精度系统的危害。最后,得出结论：为了实现圆锥运动误差极小化,确保系统长时间运行精度和可靠性,必须实时扣除牵连运动角速度引起的圆锥运动误差分量,并优化设计壳体翻滚装置与平台伺服系统。     

速率检测中新型定角脉冲产生电路

介绍了一种用于转台速率检测的新型定角脉冲产生电路,详细说明了其工作原理和性能,并给出了实测结果。     

金属壳谐振子研究进展

金属壳谐振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,可被广泛应用于中低精度角速度测量领域。金属壳谐振陀螺不仅具有传统陀螺的惯性品质,而且具有抗高过载、量程大的特点,这是其他类型陀螺所不具备的。作为金属壳谐振陀螺的核心部件,金属壳谐振子的性能至关重要。结合金属壳谐振陀螺综述了金属壳谐振子的研究进展,从设计思想、理论建模、结构设计、信号处理等方面进行了讨论,并指出了金属壳谐振陀螺及其谐振子的发展趋势。     

半球谐振陀螺研究现状与发展趋势

半球谐振陀螺是基于哥氏效应测量角速度的新型固态陀螺,具有结构简单、精度高、功耗低、寿命长、可靠性好、抗空间辐射等优点,是捷联惯性导航系统的理想陀螺仪,在宇航领域具有独特的应用优势。半球谐振陀螺的理论精度不受量子尺寸效应限制,是高精度、微型化陀螺的重要发展方向之一。首先介绍了半球谐振陀螺的基本工作原理,其次介绍了半球谐振陀螺的发展历程,综述了半球谐振陀螺的国内外研究现状,最后对半球谐振陀螺的发展趋势进行了展望。     

Micromechanical gyroscope finite-element analysis

Mechanical analysis by method of finite-element analysis of the construction of two-component micromechanical gyroscope is explored. 3D geometric model and finite-element model of the gyroscope are made. Natural frequencies and mode shapes of the gyroscope are determined. Parameters ensuring resonance tuning are realized. The choice of the most appropriate variant of construction takes place by realizing of modal analysis and varing of sensor's geometry. Deformations of device construction elements determined at maximum of the measured velocity.     

极端瞬态力作用下金属壳谐振陀螺结构强度分析

金属壳谐振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,其具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可被广泛应用于中低精度角速度测量领域。针对极端瞬态力作用下金属壳谐振陀螺的结构强度进行了研究,在分析其工作原理和基本数学模型的基础上,利用有限元仿真方法,在通用炮射环境条件下进行了分析。通过仿真计算,给出了金属壳谐振陀螺的结构强度分析结果,验证了其抗过载能力。     

改进的格网惯导系统无阻尼综合校正方法

综合校正技术可作为抑制格网惯导系统（INS）导航误差的有效手段。加速度计零偏所造成的水平姿态误差是导致综合校正中陀螺漂移估计精度受限的重要因素。针对这一问题，提出了一种改进的无阻尼综合校正方法。首先，推导了格网坐标系框架下估计加速度计零偏和姿态的目标函数；其次，介绍了无阻尼条件下综合校正的两个核心方程；最后设计了无阻尼两点校策略。综合校正前，在多普勒计程仪（DVL）提供的速度辅助下完成加速度计零偏的估计和补偿，以此消除加速度计零偏所造成的水平姿态误差对综合校正中陀螺漂移估计精度的影响。在两次间断的外部位置和航向辅助下通过所设计的综合校正策略完成对陀螺漂移的估计。校正策略中所涉及的水平姿态误差在DVL辅助下由参数估计方法估计得到。仿真及实验结果表明：与现有的研究相比，所设计的综合校正方案进一步减少了DVL的辅助时间，同时由于准确地估计和补偿了加速度计零偏，陀螺漂移的估计精度显著提高，该方案在抑制导航误差方面具备更明显的优势。     

应用SGCMG的卫星姿态快速机动控制

针对存在外界干扰的情况下使用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的卫星姿态大角度快速机动控制问题,设计了以Legendre伪光谱算法和滑模控制方法相结合的控制策略.采用能量与时间相结合的最优性能指标,应用Legendre伪光谱算法将最优控制问题转化成非线性规划问题,求解出能量和时间综合最优姿态机动轨迹.以该规划...