复合导引头中视线角速度提取技术研究

为提高视线角速度输出精度,对舰空导弹制导控制系统的红外成像/被动微波复合导引头视线角速度提取技术进行了研究。基于复合导引头在红外比例阶段和红外随动阶段的跟踪原理,采取微波截获时红外框架随动的方式,在导弹全程跟踪过程中根据红外位标器系统提取视线角速度的方法。分析了由陀螺角速度与误差角微分速度和、陀螺角速度与误差角微分速度通过卡尔曼滤波,以及由框架陀螺直接给出敏感到的角速度三种求取目标视线角速度方法,认为后两者的精度易受延时、干扰或滤波发散的影响,选用第一种方法,并采用低通滤波器提高视线角速度提取精度。给出了误差角微分信号和陀螺信号先滤波后匹配,以及先匹配后滤波两种方式的工作原理。仿真结果表明:两种方式结果基本相同,均可实现导引头视线角速度的提取,先匹配后滤波的计算量小,可优先选用。研究对提高舰空旋转导弹复合导引头的制导性能有一定的参考价值。     

基于改进陀螺漂移模型的卫星姿态确定算法

三轴稳定卫星的有陀螺姿态确定系统需要对陀螺漂移误差进行建模.针对目前采用的白噪声驱动陀螺漂移模型会引起陀螺漂移估计误差曲线不光滑,进而导致姿态角估计误差和姿态角速度估计误差曲线不光滑的问题,提出两种改进的陀螺漂移误差模型,并从理论上分析了该方法的正确性和实用性.仿真实验表明,改进后的陀螺漂移模型可以有效降低漂移估计误差的稳态误差,提高姿态角和姿态角速度的估计精度.     

改进的MEMS陀螺静态误差模型及标定方法

静态干扰力矩造成的陀螺角速度测量误差是MEMS(Micro Electromechanical System)陀螺主要的误差源之一,为了增强MEMS陀螺的抗干扰能力,根据外框架驱动式MEMS陀螺工作原理、具体结构,针对比力引起的干扰力矩,采用解析的方法分析了陀螺静态误差,结合试验法确定了陀螺静态误差数学模型,讨论了各误差项的物理起因及误差影响大小,论证了静态多位置法不能标定陀螺与比力平方有关误差项,提出了改进的陀螺静态误差数学模型,设计了10位置静态误差标定方法。试验结果表明:补偿后陀螺在10个静态位置的误差平均值和均方差分别为补偿前的0.83%和40%,提高了陀螺实用精度,为MEMS陀螺的精确标定、补偿提供了理论依据。     

随动推力作用下柔性旋转飞行器稳定性分析

针对柔性旋转飞行器动力学问题,考虑了飞行器转速的作用,建立了计入陀螺力矩及随动推力影响的运动方程并分析了系统的动力稳定性问题。将柔性旋转飞行器简化为带有附加质量的非均匀转子结构,考虑陀螺力矩及随动推力的影响,采用剪切变形对轴向位移有影响的Timoshenko梁模型,基于有限元方法建立了运动方程,分析转速、剪切刚度及附加质量等因素对系统稳定性的影响,发现了转速作用下旋转飞行器刚体和弹性体模态耦合的新现象。结果表明：剪切刚度较小时,剪切变形对临界推力有较大影响;附加质量的大小及位置对临界推力和不稳定域有重要的影响;转速一般会诱发非均匀转子系统的弯曲模态与刚体模态合并为一个耦合模态,致使系统产生动态失稳。     

光纤陀螺标度因数温度误差分析与补偿

光纤陀螺在大角速度应用时,标度因数误差超过偏置漂移误差成为主要误差源。分析了引起数字闭环光纤陀螺标度因数温度误差的原因,推导出了标度因数温度误差数学表达式,并对各温度敏感参数进行了温度性能测试。使用第二闭环控制补偿了反馈通道增益的温度漂移,证明了第二闭环控制精度对标度因数的影响至多是一个三阶小量。测量了不同输出角速率和不同温度时陀螺输出误差值,用一阶多项式和三阶多项式建立了它们的关系。建立了一个双输入、单输出标度因数温度补偿模型,利用最小二乘误差准则计算出模型系数。在-25℃～60℃温度范围内,采用本文提出的控制和补偿方法可将光纤陀螺标度因数误差减小到100×10-6以下,并使标度因数非线性度小于50×10^-6。     

自由陀螺仪装调中的几个问题

简述了一种二自由度框架陀螺仪装调中的几个主要问题,即轴承选配和轴向间隙调整;输电装置接触可靠性与陀螺单向漂移;以及静平衡、摩擦力矩检查和陀螺仪调试。提出了控制输出信号跳动,避免陀螺单向漂移,保证陀螺仪精度和工作稳定可靠的技术措施。     

细长体双自旋卫星消旋主动章动控制动力学解耦的系统仿真

细长体双自旋卫星自旋部分的能量耗散会导致卫星章动运动的发散。利用消旋体的惯性积在动力学上的耦合作用,使消旋电机的轴向力矩通过耦合,产生横向力矩来阻尼章动,称之为消旋主动章动控制（ＤＡＮＣ）［１］。本文提出一种利用动力学解耦的仿真方案,用单轴平台进行细长体双自旋卫星消旋和章动控制的系统试验,验证了系统的可行性。     

航天器机动时DGMSCMG磁悬浮转子干扰补偿控制

双框架磁悬浮控制力矩陀螺（DGMSCMG）具有寿命长、综合效益好等突出优势,但航天器机动时,航天器及DGMSCMG内、外框架系统的转动均导致磁悬浮高速转子产生一定的耦合运动,影响磁悬浮转子系统的稳定性,同时使输出力矩精度下降,从而严重影响航天器姿态控制的精度。本文建立了基于DGMSCMG的航天器动力学模型,分析航天器、外框架、内框架、磁悬浮转子四者之间的动力学耦合关系。针对磁悬浮转子的非线性耦合干扰,提出一种基于复合控制的补偿方法,通过磁轴承产生相应的电磁力,对陀螺耦合力矩和惯性耦合力矩进行补偿控制。仿真结果表明,干扰补偿控制能有效抑制航天器及框架对磁悬浮转子的耦合干扰,也有效提高了磁悬浮转子系统的稳定性。     

Matlab在光纤陀螺随机漂移建模中的应用

光纤陀螺随机漂移是捷联惯导系统的主要误差源,对其建立一个精确的、适用的模型有利于减小光纤陀螺漂移,提高系统精度。本文根据时序建模理论,利用Matlab中的自带函数,建立了光纤陀螺随机漂移模型。Matlab在光纤陀螺漂移建模中的应用,避免了传统编程建模的繁琐,简化了建模的计算过程,大大减小了工作量,提高了建模效率。     

挠性框架对陀螺飞轮性能影响分析

挠性框架是实现陀螺飞轮输出三轴控制力矩、测量外界角速度的关键部件。通过数值计算分析了挠性框架平衡环的惯量特性、内/外弹性元件的摆动刚度,以及倾侧角度对陀螺飞轮整机性能指标的影响。分析结果表明:降低挠性框架剩余刚度系数可以提高陀螺飞轮转子摆角控制精度,降低控制力矩。     

基于PID控制的主动磁轴承-飞轮转子系统运动稳定性研究

磁悬浮支承应用于控制力矩陀螺具有很多优点,但是飞轮转子在高转速下表现出的陀螺效应是影响系统稳定性的主要因素。现研究了由于陀螺效应产生的章动和进动造成系统失稳的根本原因,并对控制系统提出改进方案。为研究方便,提出了相位分析的方法进行PID控制系统分析。研究结果表明,章动失稳的主要原因是系统的相位滞后引起,进动失稳主要因为积分控制项对系统负阻尼作用引起,同时,研究表明积分控制对系统章动稳定性影响很小。     

高精度惯性平台连续自标定自对准技术

提出了一种新的惯导误差系数标定方法——连续自标定自对准方法。利用外部参考力矩驱动平台按照一定角速度旋转，在平台加矩角速度、地球自转角速度和重力加速度的影响下，惯导平台的加速度表输出包含陀螺误差系数、加速度表误差系数、平台对准误差以及陀螺和加速度表的安装误差等全部误差信息，并由此得到平台失准角动态方程与加速度表的输出方程。在设计的平台连续旋转轨迹下，使用迭代Kalman滤波获得了全部平台误差系数的精确估计。与传统的多位置翻滚标定方法相比，该方法标定时间短，标定精度高，系统误差参数估值具有良好的收敛性。     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态高精度高带宽测量方法

针对航天器姿态测量精度和带宽之间相互制约问题,提出一种基于磁悬浮陀螺的航天器姿态高精度、高带宽测量方法。根据刚体动力学和坐标变换原理建立磁悬浮转子径向转动合外力矩模型。在框架静止条件下,通过实时检测磁悬浮控制力矩陀螺（MSCMG）中的磁轴承电流、磁悬浮转子位移,计算出磁悬浮转子径向转动所受合外力矩以及磁悬浮转子径向偏转信息,间接得到航天器运动对磁悬浮转子径向转动作用力矩,进而求出航天器单轴姿态角速度和姿态角加速度。不同带宽下的仿真结果表明,本测量方法能同时检测出航天器单方向的姿态角速度和角加速度,并且满足高精度高带宽要求。     

捷联寻北仪的误差补偿技术及信号处理方法研究

捷联寻北仪采用中等精度两自由度动力调谐速率陀螺仪,来感测地球自转角速度在两个水平方向的分量,从而确定地理北向。各种干扰的存在会削弱有用信号,从而降低寻北精度。本文分析了陀螺静态及动态漂移误差对寻北精度的影响,提出了有效的误差补偿技术;针对有用信号的特点提出了简单实用的噪声消除法。仿真和试验结果说明,文中所提方法能有效地提高寻北精度。     

双片消隙齿轮动力学建模与参数影响分析

由于导弹的复杂工作环境,雷达导引头伺服系统对其动力学特性及传动精度有较高要求。为提高其传动精度,一般采用双片齿轮消隙的方式消除回程误差。采用集中质量法建立考虑时变啮合刚度及齿面摩擦的消隙齿轮动力学模型,将消隙齿轮视为两对通过扭簧相互耦合的啮合副,并将齿侧间隙引入作为接触判定条件。通过动力学仿真研究了扭簧预紧力矩和扭簧刚度对消隙齿轮系统动态传动误差及谐振频率的影响。研究表明:扭簧刚度对系统动态传动误差及谐振频率影响较小,而扭簧预紧力矩的增大有利于提高谐振频率和抑制一阶谐振幅值,降低负载波动对系统的影响。由于扭簧作用产生额外的载荷,扭簧预紧力矩的增加会增大系统动态传动误差。     

星光—惯性制导方程研究

星光—惯性制导是天文制导与惯性制导的结合,故称为星光—惯性组合制导。这种系统利用恒星作为固定参考点,飞行中用星光跟踪器观测星体的方位来校正惯性基准随时间的漂移,以提高导弹的命中精度。星光—惯性制导比纯惯性制导精确的原因在于在惯性空间里从地球到恒星的方位基本保持不变。因此,星光跟踪器就相当于没有漂移的陀螺。虽然象差、地球极轴的进动和章动、视差等因素使恒星方向有些微小的变化,但是,它们所造成的误差远小于1弧秒。所以,使用星光—惯性制导可以克服惯性基准漂移带来的误差,这是该制导系统的主要优点之一。     

基于低成本陀螺和倾角仪的姿态估计

针对动中通测控系统中低成本陀螺和倾角仪的姿态估计和陀螺误差校正问题,提出一种利用UKF（Uncented Kalman Filter）滤波器对载体姿态角进行估计,然后利用互补滤波器对陀螺漂移进行估计的算法。该算法通过设计三维完全可观测UKF滤波方程和陀螺误差校正模型对姿态角和陀螺漂移分别进行估计,有效避免了利用卡尔曼滤波进行姿态估计和陀螺漂移误差估计时由于误差模型不准确而产生的发散问题,同时降低了滤波器维数。试验中姿态角估计误差在1°以内,x轴陀螺漂移估计误差为0.0148°/s,y轴陀螺漂移估计误差为0.0017°/s,试验结果表明该算法能有效提高姿态角估计和陀螺漂移估计的精度。     

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。     

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.     

GEO卫星在轨横向质心快速估算方法

针对地球静止轨道(GEO)卫星转移轨道段推进剂消耗量大,卫星横向质心偏移,导致变轨过程中发动机产生较大干扰力矩等情况,提出在轨使用推力器进行卫星横向质心估算的方法。为保证卫星姿态稳定控制,采用推力方向相同、力矩方向相反的成组推力器同时喷气激励,再用陀螺进行角速度测量,避免因力矩过大、控制系统暂停闭环控制时卫星产生较大的角速度。利用实例对横向质心估算方法进行仿真验证,结果表明:估算方法仅需10s的连续喷气激励,避免了卫星姿态的波动,估算误差可控,可用于GEO卫星转移轨道段的质心估算。