惯性导航系统陀螺仪的发展现状与未来展望

陀螺仪是惯性导航系统的核心器件,首先对传统陀螺仪的发展历史进行了回顾,并介绍了各类陀螺仪的基本原理与优缺点。然后,从关注度、精度、成本、应用四个角度对传统陀螺仪目前的发展状况进行了总结与对比。最后,对未来陀螺仪的发展进行了展望,希望能对陀螺仪的研究有一定的参考意义。     

半球型动压气浮轴承陀螺仪的静态误差模型

为研究三自由度比力作用下半球型动压气浮轴承气膜变形对平台惯导中三浮陀螺仪输出的影响,提出了一种通过求解Reynolds方程来计算陀螺仪静态误差的数学模型。首先,在考虑气体稀薄效应条件下,针对三浮陀螺仪中的半球型动压气浮轴承给出对应的Reynolds润滑方程;然后,用有限差分法求解气膜压力场,并利用得到的载荷与转子位移计算陀螺仪静态误差;最终,通过回归分析,得到半球型动压气浮轴承陀螺仪的静态误差模型。为简化回归分析的过程,引入干扰力矩与比力的周向夹角和径向干扰力矩作为中间参数,将三元回归分析问题转化为二元回归分析问题。计算结果表明:径向干扰力矩随着轴向比力的增大而增大,随着径向比力的增大呈现先增大后减小的趋势;干扰力矩在周向上超前比力1.35~1.55 rad。本文静态误差模型可预测300 m/s2以内任意方向比力作用下由转子位移所引起的陀螺仪静态误差。      

微机械梳状驱动音叉陀螺的误差源研究

定性地讨论了微机械梳状驱动音叉陀螺特有的一些误差源,主要有微机械结构的 Ｂｒｏｗ ｎｉａｎ 噪声、电路噪声、机械耦合误差及电子机械耦合误差等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。     

基于4态马尔可夫链的光纤陀螺随机调制

在数字闭环光纤陀螺中,由调制信号引起的电串扰(即调制串扰)会导致零偏稳定性、死区和线性度等指标恶化.为了消除调制串扰信号的影响,提出了基于4态马尔可夫链的随机调制方法.将一个4状态马尔可夫链引入到随机调制中,该马尔可夫链利用正弦函数的周期性和状态转移方向的等概率性,产生出了相互统计独立的调制信号和解调信号,由于解调信号为等概率取值-1,1的零均值随机序列,所以在理想情况下调制信号及电串扰信号和解调信号相关的结果为零.仿真和实验结果表明,基于4态马尔可夫链的随机调制方法对调制串扰信号的抑制可达1×103倍,消除了调制串扰信号对陀螺零偏稳定性、死区和线性度等指标的影响.      

基于差分磁罗盘的组合航向系统

为了解决在城市交通中动态干扰磁场对磁罗盘的干扰问题,对磁罗盘动态干扰的特点进行了分析;提出了差分磁罗盘DMC(Differential Magnetic Compasses)的概念;设计了基于差分磁罗盘和速率陀螺的组合航向实验系统;研究了基于阈值判断的差分磁罗盘动态干扰识别技术.实地跑车实验结果和理论分析吻合较好.实验表明:与单一磁罗盘相比,差分磁罗盘能较好地识别出动态磁场干扰,提高了磁罗盘在城市交通中的可用性.组合航向系统的鲁棒性和精度也得到了提高.      

变采样率全数字相位载波解调技术

基于相位载波(PGC,Phase Generated Carrier)解调各环节的信号频率范围,提出变采样率解调方案,解决高采样频率下的实时全数字PGC解调问题.对干涉输出信号采用高采样率进行模数转换,提高解调带宽和动态范围.对混频相乘和低通滤波后的环节采用降低采样率处理,减少实时数字信号处理的运算量.设计变采样率全数字PGC解调系统,采用现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Arrays)并行实现混频相乘和低通滤波环节,采用数字信号处理器(DSP, Digital Signal Processor)实现后续解调环节,实现采样率高达1MHz的实时解调.实验结果表明频率为5kHz、幅度为1rad的被测信号可以被有效解调.      

光纤陀螺误差机理若干问题探讨

本文从光纤陀螺的物理概念和基本特点出发,探讨和论述了典型物理场对光纤陀螺精度的影响及其主要误差机理,并进行了一定的试验验证。     

集成光学陀螺技术研究

对各种集成光学陀螺结构方案进行了总结,并对干涉式、谐振干涉式、反射谐振式、透射谐振式等四种典型的陀螺方案进行了详细的分析和比较。分析结果表明,干涉式和反射谐振式陀螺方案具有较小的极限灵敏度值,而且反射谐振式方案是四种陀螺方案中极限灵敏度值最小的,即反射谐振式陀螺方案是具有最大潜能的陀螺方案。方案分析完成后开展了集成光学陀螺的相关关键技术的研究,通过集成光学芯片的优化设计和加工、信号检测技术等方面的研究,最终实现了零偏稳定性为0.2°/s的陀螺样机。     

MOEMS惯性器件技术研究进展

介绍了MOEMS惯性器件的概念和特点,总结了国内外MOEMS惯性器件包括MOEMS陀螺和MOEMS加速度计的研究方案和研究进展,指出未来MOEMS惯性器件可能的发展方向和发展前景。     

数字式精密温控对FOG IMU性能的影响

以战术级光纤陀螺(FOG, Fiber-Optic Gyro)惯性测量组合(IMU, Inertial Measurement Unit)为研究对象,分析了环境温度与其测量精度的关系.为抑制外界温度对IMU的干扰,提出了一种实用的IMU温度控制方法,即根据IMU的热分析与仿真,优化温度控制方案和控制算法,并依此方法为IMU设计了基于模糊PID(Proportion Integration Differentiation)算法的数字式温控系统,研究了有温控和无温控对陀螺和加速度计测量精度的影响.试验表明,对IMU进行精密温控,改善了惯性器件的热环境,有助于提高IMU的综合性能.