基于虚拟现实技术的船用陀螺罗经实验教学模式研究

船用陀螺罗经是重要的航海仪器设备之一,其价格比较昂贵,频繁开关机器会减少设备使用寿命,且船用陀螺罗经主罗经内部的结构无法被直观看到。利用虚拟现实技术,采用虚实结合的船用陀螺罗经教学模式,学生能够清楚明了地认识主罗经的灵敏部分、随动部分和固定部分等部件,有利于学生理解船用陀螺罗经的工作原理,同时,可调动学生参与实验课程的主动性和积极性,提高学生的创新精神和实践能力。

国内船用光纤陀螺罗经最新技术发展

目前,船用光纤陀螺罗经已具备较高的综合性能,是船用罗经的最新产品形式,成为近年来国内航海导航领域关注的热点。因此,首先在简要回顾船用陀螺罗经发展历史的基础上,指出船用光纤陀螺罗经不同于传统罗经的新功能特点;然后,从惯性器件、系统控制技术、整机设计技术三个方面,对船用光纤陀螺罗经技术的发展进步进行了总结和分析;最后,对光纤陀螺罗经的技术水平和未来发展方向进行了探讨。

陀螺罗经现状和发展趋势及对未来的应用展望

介绍陀螺罗经由机械陀螺向光学陀螺的发展历程,重点介绍了激光陀螺罗经和光纤陀螺罗经的性能、优点,并结合国内外光学陀螺罗经的研究现状对其进行具体阐述,然后对光纤陀螺罗经成为未来主流导航用罗经作了预测,并对光纤陀螺罗经的应用前景进行展望。

电控陀螺罗经稳定过程研究与设计

为提高电控陀螺罗经的使用性能,根据罗经力矩方程解析出主轴运动方程,建立罗经主轴运动仿真模型,仿真研究力矩系数、启动初始条件与罗经稳定精度、阻尼运动周期及稳定时间的关系。仿真结果表明:随着纬度升高,罗经的稳定精度下降,稳定时间显著延长;但通过同步放大2倍找北力矩和阻尼力矩系数,在保持稳定精度不变的同时,约缩短稳定时间30%;初始方位角和高度角并不影响罗经的稳定精度和阻尼周期,主要影响稳定时间,且初始高度角对稳定时间的影响更加显著。启动罗经时,应先调整陀螺仪主轴至水平位置;主轴水平后,随着初始方位角的减小,稳定时间能缩短50%以上。此外,为电控罗经设计力矩系数自适应调整机构和初始高度角、方位角调整机构,可灵活提高罗经的稳定性,按照先水平后找北的流程启动罗经能有效缩短罗经稳定时间。

激光陀螺罗经寻北及其误差分析

根据地—地战术导弹作战运用特点,提出了采用单激光陀螺三位置寻北提供初始对准基准的方案,分析了本方案的寻北误差并提出了减小误差的方法,为研制适应地—地战术导弹发射初始对准需要的激光陀螺罗经寻北仪提供参考。

陀螺罗经的航向效应标定与补偿

陀螺罗经在实际工作时,存在陀螺的常值漂移误差、随机漂移误差、阻尼误差、速度误差及风、流等因素影响,这些所有影响因素归纳为航向效应。提出一种参数拟合的航向效应标定与补偿的方法,对陀螺罗经输出的航向数据进行处理。仿真结果表明,该方法有效地消除了误差,获得了满足高精度导航需求的航向数据,具有一定实际应用价值。

高纬海区舰船陀螺罗经指向误差的分析与补偿

为客观准确描述其误差规律,对高纬海区陀螺罗经指向稳定性和准确性进行测试和分析。首先,利用船舶在白令海至北极东北航道实测的陀螺罗经指向数据,通过对比高精度GPS光纤罗经指向数据,分析陀螺罗经在北半球高纬地区指向的稳定性和误差分布特性;其次,利用最小二乘法获取陀螺罗经误差拟合曲线和拟合参数,分析拟合效果;最后,利用拟合参数建立高纬海区陀螺罗经指向误差补偿模型,并使用高纬海区陀螺罗经其他指向数据开展误差补偿验证。仿真结果表明:经过误差补偿,陀螺罗经误差在高纬海区的指向误差明显减小,在纬度78.0°N以下海区补偿残差不超过0.8°,满足舰船高纬海区航行的指向需求。

数字式快稳陀螺罗经设计初探

就如何缩短现有船用陀螺罗经的稳定时间和提高指向精度与稳定性进行探讨。利用现代高精度倾角测量技术,通过数学建模和计算机软件模拟的方法,在陀螺罗经启动后短时间内计算出陀螺仪主轴稳定指北的位置,并对计算结果的精度进行了分析和评估。

激光陀螺罗经寻北及其误差分析研究

根据地地战术导弹作战运用特点,提出了采用单激光陀螺三位置寻北提供初始对准基准的方案,分析了本方案的寻北误差并提出了减小误差的方法,为研制适应地地战术导弹发射初始对准需要的激光陀螺罗经寻北仪提供参考。

GPS与船用计程仪及陀螺罗经的关系

ＧＰＳ的使用极大地方便了船舶驾驶，推动了航海仪器的发展。但它提供的某些信息是有局限性的。作者从ＧＰＳ、船用计程仪和船用陀螺罗经的原理、实验观测及航海驾驶的习惯来分析它们在航海中的使用，并讨论ＧＰＳ与船用计程仪及陀螺罗经之间的相互关系。

GPS辅助姿态计算的捷联陀螺罗经实现

为给船舶提供可靠的航向信息,提高系统集成化及数字化程度,降低设计成本及机械复杂度,提出利用四元数法对GPS及捷联惯性器件输出的数据进行解算,设计基于捷联惯导系统姿态计算的免施矩罗经方法.通过分析以GPS及捷联惯性器件数据确定初始姿态矩阵、利用罗经法进行精对准及修正角速率计算、惯性器件数据坐标系转换、角增量计算、四元数更新、姿态矩阵更新、姿态计算等系列算法,给出用串口采集及处理GPS数据和微惯性器件数据的方案,设计算法实现的软件流程.仿真分析表明,系统启动时间短,输出结果稳定,误差在商船允许范围内,虚拟仪表显示实时、准确.

ADCP与光纤陀螺罗经组合导航

为了实现声学多普勒流剖面仪(ADCP)的航海导航定位功能,提出了ADCP与光纤陀螺罗经进行组合导航的方案,研究了利用光纤陀螺罗经辅助ADCP进行导航定位的方法,分析比较了ADCP独立进行航位推算和光纤陀螺罗经辅助ADCP进行组合导航的精度。试验结果表明,光纤陀螺罗经辅助ADCP进行组合导航的定位精度至少提高1倍以上,其定位精度可以达到150m/h,能够满足航海导航定位的要求。

陀螺罗经电源的可靠性分析

国产陀螺罗经的可靠性问题是罗经使用单位和维修部门公认的最薄弱环节之一,也是与国外罗经之间的主要差距,因而提高国产罗经的可靠性已成为赶超国际先进水平的一个重要方面。在罗经故障中,由电子设备引起的故障占了相当比重。本文从分析电子设备的可靠性入手,以JYJD—Ⅱ型陀螺罗经电源系统为例,分析了可靠性设计中的一些问题,对MTBF进行了预测和估计。实践证明,为提高可靠性所采取的措施是必须的,可靠性预测也具有一定的正确性。

陀螺罗经精密电源系统

本文介绍一种采用数字式三相正弦波合成技术和设置多种故障检测报警功能以及配备应急供电的陀螺罗经电源系统。它的性能稳定可靠,使用方便。实践证实这种电源革新方案是可行的,它不仅适用于精度高的军用罗经,对于民用罗经也是有益的。

一种优化的安许茨陀螺罗经电源系统的设计

通过分析安许茨系列陀螺罗经维修案例发现,船电经过自身电源系统整流后输出的24V直流电压中含有谐波分量,这种稳压电源中的电压不稳定、交流波分不良现象是造成该系列陀螺罗经产生指向误差、死机等故障的主要原因。因此,设计一套可靠的罗经电源系统,对保证罗经稳定工作极为重要。经优化的电源设置了报警和多重过载保护电路,整机性能稳定,故障率极低。该电源装置已经应用到实际安许茨系列陀螺罗经上,解决了困扰业界多年的电源问题,保证了设备工作的稳定性和可靠性,同时大大节省了船东成本。

基于虚拟仪器的陀螺罗经仿真系统研究

针对教育训练中装备资源短缺的现状,利用虚拟仪器技术在LabVIEW环境中开发了某型陀螺罗经仿真系统,模拟实现了罗经的各个相关功能,最大程度的仿真和再现实物模拟图中各个操作面板,贴近了实际装备的操作界面,并能正确的仿真实现真实系统的运行过程,友好的人机交互方式有利于加深学习者对理论和实际装备应用的理解,提高教育培训质量。方法具有良好的经济性、适用性,可向其他装备领域推广应用。

电控陀螺罗经极区稳定性能研究

为了提高电控陀螺罗经在极区的稳定性能,依据经过速纬补偿后的罗经力矩方程解析主轴运动方程,建立主轴运动模型,仿真研究极区启动罗经时纬度变化、运动状态与罗经稳定位置、阻尼周期、稳定时间等性能指标的关系。仿真结果表明:静基座条件下启动罗经,当罗经处于欠阻尼状态时,纬度升高,稳定位置不变,阻尼周期延长,稳定时间处于延长趋势,但并不必然延长,在一定的纬度区间,稳定时间反而显著缩短,最大缩短时间可达37.5%;当罗经处于临界阻尼和过阻尼状态,纬度升高,稳定时间显著延长,纬度88°以上,稳定位置开始偏离真北。动基座条件下启动罗经,当罗经处于欠阻尼状态时,运动状态不影响稳定位置,向东运动或向南运动,稳定时间缩短,向东运动速度为30 kn时,稳定时间缩短约2.5%。以上结果表明,在极区使用电控陀螺罗经,应使罗经工作于欠阻尼状态,并选择合适的纬度区间启动罗经,向东或向南运动也有助于提高罗经稳定性能。

陀螺罗经航向信号的数字化处理

本文介绍一种利用单片微机和数字滤波法对陀螺罗经航向信号进行数字化处理的接口电路。它克服了用常规方法处理的局限性,为船舶自动化提供一种高精度、高可靠性且低成本的陀螺罗经航向信号接口,它也可以作为单片微机控制设备的一个组成部分。该设计方案经过实机试验验证行之有效。

光纤陀螺罗经及其在航海上的应用

此文论述了光纤陀螺罗经的基本原理、结构以及采用的主要技术。提出了其作为新型船舶运动姿态数据源在航海上的应用。

陀螺罗经三相电源实时监测仪的设计

陀螺罗经是多种舰(机)载设备的重要传感器、信息源,论文针对如何提高陀螺球的安全展开研究工作,设计出了陀螺罗经三相电源实时监测仪,经试验证明该监测仪性能稳定可靠,可有效预防由于三相电源相序故障导致陀螺球翻球。