石英振梁加速度计研究现状及发展趋势

石英振梁加速度计是一种基于振梁谐振和力频特性原理的新型全固态惯性传感器,具有高精度、大量程、低功耗、直接频率脉冲输出等突出特点,已被广泛应用于战术武器系统。简要介绍了石英振梁加速度计的工作原理、技术特点,梳理了分体式和一体式两种仪表结构的研究现状和关键技术。结合国外研究发展趋势,指出石英振梁加速度计将成为后续达到摆式积分陀螺加速度计精度和抗辐照指标、满足战略级需求最有可能的加速度计方案。     

一种分体式石英振梁加速度计的研制

加速度计作为导航制导系统的重要元件,要在严酷的条件下及系统全生命周期内保证精度、稳定性、线性度等性能指标要求,这对加速度计的研制提出了极大的挑战。介绍了一种基于振梁谐振和力频特性原理的分体式石英振梁加速度计,给出了加速度计的总体结构和简化的力学模型,并进行了受力分析,指出不能简单通过增加摆质量的厚度来提高加速度计的标度因数。阐述了用双端固定音叉结构制作石英振梁的工艺加工过程,指出铬金掩膜的制作是振梁加工的关键工序。针对振梁等效参数,电路采用具有更大增益的双门振荡器方案。最后,对加速度计进行了标定测试,标度因数为55Hz/g,量程达到±70g,4h的零偏稳定性为8.1μg。测试结果表明,双振梁推挽差分输出的设计有效改善了加速度计的零偏稳定性。     

具有SGCMG系统的挠性卫星姿态机动控制及验证

针对挠性卫星在轨姿态快速机动的需求，开展了星体姿态机动控制方法及控制实现研究。基于建立的挠性卫星姿态跟踪控制误差方程，给出了PD控制与补偿控制相结合的姿态跟踪控制器形式；考虑系统实现的时延影响，利用经典频率分析方法选择了兼顾系统稳定性及宽带控制的控制参数；在控制具体实现中，采用一种新型的基于力矩矢量调节奇异规避操纵策略，克服常规鲁棒奇异规避操纵存在的框架“锁死”现象，在解决奇异规避的同时避免激发挠性振动。所提出方法的有效性通过了在轨验证。     

压阻式加速度传感器封装应力隔离结构分析

测试特性的温度漂移是压阻式加速度传感器研发中的固有问题，与器件制造的多个环节相关，是多因素共同作用的结果。封装应力的隔离是消减传感器特性温度漂移的重要手段之一。为详细分析封装应力隔离结构的引入效果及其对传感器测试特性的影响，以传统双桥式敏感结构为基础，采用有限元方法分析了封装应力隔离结构对传感器附加干扰载荷抵抗力的提升作用，并分析了从其引入后对传感器敏感应力和结构固有频率的影响。分析结果表明，引入封装应力隔离结构可有效降低外部干扰应力对传感器敏感结构的影响，同时也会改变结构固有频率在内的传感器测试特性。因而，当封装应力隔离结构应用于高频型加速度传感器时，需通过优化结构质量分布、采用横向敏感结构等方法对提升结构自身固有频率及实现敏感方向与隔离变形方向解耦等问题进行进一步优化。     

基于跟瞄和加表PI滤波近程相对导航方法

针对由于加速度计存在漂移和目标星加速度未知,基于C-W(Clohessey-Whiltshire)方程递推的近程相对导航无法长时间使用的问题,提出了一种基于跟瞄相对测量信息修正相对位置/相对速度误差和估计加表漂移的方法,并给出了比例积分(PI)滤波近程相对导航算法。最后,进行了工程应用方式分析和仿真验证。相对位置误差估计精度优于50 m。仿真结果表明:该方法既能确保相对位置和相对速度输出的连续性,又可抑制跟瞄观测噪声并消除长时间积分累积误差。基于PI滤波的近程相对导航方法计算简单,易于工程实现,且已通过在轨考核验证。     

转台不水平度误差对加速度计标定精度影响分析

捷联惯组中加速度计的标定通常采用转台来完成，而转台的不水平度会直接影响加速度计的标定精度。为量化不水平度误差带来的影响，本文从加速度计十二位置静态标定模型出发，理论推导出转台耦合不水平度与标定参数之间的关系;并通过仿真分析，发现不水平度对零偏、标度因素的影响较小，对安装误差系数的影响较大，为系数的超差现象分析提供参考依据。     

重力传感器参数双轴旋转调制标定方法及实验验证

重力传感器参数的外场标定可充分发挥重力仪的测量潜力，提高重力测量的精度。利用全局可观性方法，对加速度计在静态条件下的参数可观性进行了分析，推导了静态多位置条件下加速度计参数可观的条件。根据理论推导的参数可观的条件，以双轴旋转重力仪为实验平台，设计了标定参数的编排方案。实验结果表明，该方法所测得的刻度因数对角线的最大偏差达到了10-8量级，利用对角线上的刻度因子修正了三轴转台的标定结果。2800s纯惯导解算结果证明，使用外场标定参数与实验室三轴转台标定参数的纯惯性导航精度相当。     

大型卫星姿态机动的滑模变结构控制技术

研究了大型卫星三轴大角度姿态机动控制。建立了以控制力矩陀螺作为执行机构的大型卫星姿态动力学方程,针对快速性和鲁棒性要求,设计了一种滑模变结构控制器。控制器基于反馈四元数,避免了源自三轴大角度机动欧拉角描述的奇异性,且滑动模态能满足Lyapunov意义的渐近稳定。仿真结果验证了该控制器的有效性和优良性能。     

旋转调制式激光惯性测量单元的误差标定研究

本文针对旋转调制式激光惯性测量单元的结构特点,分析了其误差特性,提出了单元体自旋转的误差标定方法,实现了惯性测量单元的误差分离与快速精确标定.实验证明该方法测试方法简单,操作过程容易,标定结果满足系统精度的需要.     

基于DSP和LabVIEW的陀螺电机测速系统设计

本文提出了一种基于数字信号处理器TMS320LF2407A和LabVIEW的陀螺电机测速系统.该系统利用DSP芯片内部集成的捕获单元模块、串行通信接口(SCI)完成转速信号的捕获以及数据通信工作,利用LabVIEW的信号处理功能完成波形实时显示、频谱分析、数据保存工作.测试结果表明,该设计方案稳定可靠.