基于ST-EKF与滤波增益约束的加速度计微g级标定

提高加速度计组件的标定精度是实现高精度导航、高精度测姿的重要途径.针对加速度计组件通过线性误差模型标定后难以达到微g级精度的情况,建立了包含二次项误差和振摆误差在内的加速度计组件误差模型,并提出了一种基于状态变换Kalman滤波与滤波增益约束的系统级标定算法.该算法借鉴Schmidt-Kalman滤波器与可观测性约束Kalman滤波器原理,可减小滤波状态协方差矩阵计算误差和滤波增益计算误差,从而提高弱可观误差状态的估计精度.与传统系统级标定算法的对比实验表明,所提出的新算法能够更加精确估计出包含二次项误差与振摆误差在内的加速计组件的各项误差,新算法使在大水平姿态倾角下的重力模值测量残差的均方差从线性误差模型的24.12μg、线性/二次项误差模型的13.38μg减少到6.71μg.4500s大水平姿态变化下的纯惯导实验结果表明:与仅用线性误差模型的系统级标定结果相比,系统级标定新算法使惯导系统的东向、北向导航最大位置误差分别从192.40m、96.72m减小到74.64m、65.44m.所提出的系统级标定新算法具备更好的标定精度,从而使得导航精度得到提高.     

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。     

基于FC-1394的空间载荷试验信息系统设计

IEEEl394是一种具有支持等时传输和异步传输的特点的高速串行数据总线,目前已在航天器载荷试验数据传输中得到良好应用,但在未来大型空间飞行器载荷试验信息传输的应用中仍存在重量功耗开销大、传输距离和速率有限等问题.光纤通道作为一种具有良好兼容性、可靠性高、低时延、传输距离远和传输速率高等优点的先进总线技术,可为上层协议提供通用的高速率数据传输通道.基于IEEEl394和光纤通道的基本特性,给出了一种适用于空间载荷试验信息系统的FC-1394桥接方案,并为基于IEEE1394和光纤通道协议映射的空间信息系统数据网络互连提供了一种解决方案.     

光纤光子纠缠增强陀螺的现状与认知

1996年,Bollinger等指出利用光子纠缠态NOON态可使干涉仪的相位测量精度相对于散粒噪声极限提高N倍,达到海森堡极限(Heisenberg Limit Measurement).2019年5月8日,奥地利科学家马蒂亚斯·芬克(Matthias Fink)团队在《New Journal of Physics》上报道了纠缠增强光子陀螺,其利用纠缠光源降低光子de-Broglie波长,实现了超过散粒噪声极限的相位测量.马蒂亚斯·芬克团队的研究成果在业界引起较大反响,并聚焦为光纤光子纠缠陀螺的研究热点.基于新型光纤光子纠缠增强陀螺的相关概念,对光纤光子纠缠增强陀螺的工作原理、理论可实现精度、国内外研究基础和现状等进行了收集梳理、学习分析、认知提升,进而在此基础上针对相关技术,如光子纠缠源、光子纠缠通量的增强抑衰、信息的逻辑采集处理解算、光子纠缠增强陀螺集成技术、光子纠缠陀螺系统验证技术等的创新推进提出了一些浅显看法以商榷.通过上述工作也期望能"抛砖引玉",为我国光纤光子纠缠增强陀螺技术的起步和未来的发展推广应用奠定基础,并激励广大研究者继续深入探索.     

一种捷联惯导系统加速度计时间延迟参数标定方法

针对光学陀螺捷联惯导系统(SINS)中石英挠性加速度计相对光学陀螺仪低频输出相位特性不一致引起的时延问题，研究了一种加速度计时间延迟参数标定方法。在滚转角运动环境下，对影响导航速度的初始对准误差、加速度计测量误差和陀螺仪测量误差进行了详细分析，建立了各个误差源与导航速度误差的关系式；结合50型激光捷联惯导系统的精度指标和滚转轴“指北”条件，对导航速度误差方程进行优化，实现时间延迟参数的标定和补偿。通过数学仿真校验了标定方案的可行性，作为后续深入研究的基础。     

基于光纤传感技术的着靶点测量系统设计

为检验武器系统的制导精度,必须对制导武器命中靶标的相对位置即脱靶量进行测量。针对靶船着靶点测量的需求,提出基于光纤传感技术的测量方案。在分析光纤传感器测量原理的基础上,通过光纤传感器网格、光源发射装置、信息采集、数据接收处理等分系统的设计,实现对靶船着靶点的高精度实时测量。通过对系统工程实现及关键技术问题的研究,表明该系统的技术可行性和工程可实现性,并可推广应用于其它靶标系统。     

面向宇航应用光传输微系统集成技术

为了满足宇航系统对高速、宽带数据和图像传输产品小体积、轻质化的需求，研究光传输高速高密度集成技术。基板采用带状差分线设计和叠层组装工艺，提高集成密度、缩小体积提升了系统组装的空间，并通过建模仿真设计分析高速信号完整性；将光器件设计在外壳底板上，实现高效散热结构设计，同时提高了光器件使用可靠性；采用混合集成微组装工艺，硅转接基板实现芯片级三维立体集成，采用二次封装技术解决了光纤高效耦合与气密共实现的难题。微系统模块体积≤27 mm×24 mm×5 mm，气密封装漏率≤5×10–9Pa·m3/s(He)。     

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。