MEMS梳齿音叉陀螺零偏漂移特性研究

由于MEMS（微机电系统）音叉陀螺多用于车载及无人机导航等应用场合,而外界温度环境因素对其零偏性能有着很大的影响,因此其零偏漂移的大小直接影响着最终导航的性能。本文研究了全温范围传感器漂移特性,旨在提升陀螺零偏稳定性。通过改进电路设计以及采用实时补偿算法对其全温范围零偏漂移进行补偿,将零偏稳定性提升了一个数量级。     

无温度传感器的金属振动陀螺温度补偿

金属振动陀螺是一种低成本、长寿命的新型简并模谐振陀螺,其结构相对简单,加工相对容易实现。但是,金属材料的温度系数和热膨胀系数大,其受到温度变化的影响明显,温度漂移对器件最终性能的影响较为明显。因此,对金属振动陀螺进行温度补偿,可以显著提高器件性能指标。建立了金属振动陀螺的温度模型,确定环境温度对器件谐振频率和零位偏移的影响关系。研究发现,金属振动陀螺谐振频率的温度系数具有超高线性度,可以替代温度传感器的作用,直接用谐振频率作为温度补偿量的输入。基于温度模型,进一步建立了温度漂移补偿模型,计算金属振动陀螺谐振频率的温度系数和零位偏移的温度关系,并对金属振动陀螺的温度漂移进行补偿。通过实验结果验证,金属振动陀螺谐振频率的温度系数为0.0536 Hz/℃,线性度达3.4×10~(-6),零位偏移和温度呈二次曲线关系,温度补偿后,金属振动陀螺的随机漂移可降低65%左右。     

一种MEMS陀螺随机漂移的高精度建模方法

为补偿MEMS陀螺随机漂移,采用时间序列分析法对其进行自回归滑动平均（ARMA）模型辨识,提出一种滑动平均（MA）参数估计的新方法。先将陀螺随机漂移建模为带观测噪声的ARMA模型,在估计出自回归（AR）部分的参数后,针对AR滤波后的残差,推导出一种方差小的MA自协方差估计值,并将该估计值作为输入,利用Gevers-Wouters（GW）算法估计出MA部分的参数。仿真结果表明,MA参数估计精度得到提升的同时,参数估计可靠性也得到了增强。MEMS陀螺的随机漂移补偿实验进一步验证本文所提算法的补偿精度高于改进前。      

赤泥堆起尘风洞实验研究

通过对不同粒径、不同湿度的赤泥起尘风速及起尘强度的风洞实验发现,对各种湿度的赤泥,都存在一临界粒径。当赤泥粒径小于该值时,起尘风速随粒径的减小而增大,而当粒径大于该值时,起尘风速随粒径的增大而增大。临界粒径大约为0.2mm,随湿度略有变化。临界粒径对应的起尘风速最小,它随湿度的增大而升高,其变化范围为2.5～3.0m/5,对应的起动摩擦速度介于0.17～0.20m/s。此外,当粒径小于0.1mm时,起尘风速随湿度的增大而减小,而当粒径大于0.2mm 以后,起尘风速随湿度的增大而增大。起尘强度实验表明,风速一定且大于4.7m/s,湿度小于15%时,起尘强度随湿度增大而减小,湿度大于15%时,起尘强度随湿度变化甚微。风速小于4.7m/s时,起尘强度基本不随湿度而变。湿度一定时,起尘强度随风速的增大而增大。文章还讨论了模拟实验的相似准则和定量换算问题。     

某型飞机偏流指示误差大故障的分析

针对某型飞机偏流系统出现的两种指示故障，介绍了GPS输出偏流信号的模式、转换器与指示器偏流指示的传输机理、偏流“回中”的工作原理，分析了偏流指示误差大的原因。     

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。     

Spinning solar sail orbit steering via spin rate control

The orbit of a solar sail can be controlled by changing the attitude of the spacecraft. In this study, we consider the spinning solar power sail IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun), which is managed by Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). The IKAROS attitude, i.e., the direction of its spin-axis, is nominally controlled by the rhumb-line control method. By utilizing the solar radiation torque, however, we are able to change the direction of the spin-axis by only controlling its spin rate. With this spin rate control, we can also control indirectly the solar sail’s trajectory. The main objective of this study is to construct the orbit control strategy of the solar sail via the spin-rate control method. We evaluate this strategy in terms of its propellant consumption compared to the rhumb-line control method. Finally, we present the actual flight attitude data of IKAROS and the change of its trajectory.     

基于AR模型光纤陀螺温度建模方法研究

针对光纤陀螺随机误差信号特点,在分析其一般时间序列模型的基础上,将AR建模方法运用于随机误差信号的建模,得到陀螺随温度变化的真实趋势,然后利用数学方法建立陀螺的动态温度误差模型,对陀螺的输出进行实时补偿.经过仿真分析表明,通过以上方法的处理后,陀螺在-20℃～50℃全温范围内的零偏极差不超过0.2(°)/h,大幅度提高了陀螺的精度性能.     

波导功分器温漂问题研究

波导功分器是电路合成技术中的关键器件。文章在叙述波导功分器制作原理的基础上,设计出了1分3波导功分器,并对其温漂问题进行了研究,得器由于温漂的存在会使功分器的功率分配不均匀现象进一步恶化的结论,并提出了改进措施。