机械抖动激光陀螺抖动机构的设计

抖动机构设计是机械抖动激光陀螺研制的关键技术之一。本文对抖动机构的设计方法进行了研究 ,并设计了一种实用的抖动机构。实验表明 :该机构的体积 ,刚性 ,谐振频率 ,灵敏度 ,热膨胀 ,偏频量及偏频稳定性等方面都符合抖动偏频的要求。

基于Labview实现二频机抖激光陀螺角随机游走系数的计算

国军标法和Allan方差法是目前用于计算二频机抖激光陀螺角随机游走系数最常用的两种方法,基于Labview对两种方法分别编程并予以实现,计算结果表明两种方法计算出来的结果几乎相等,具有等价性;但在数据处理的过程中发现用国军标法得到的拟合系数有时为负,针对这一现象通过理论分析发现目前数据处理方法的不完善是导致国军标法拟合系数有时为负的根本原因,对现有方法提出改进并基于Labview编程实现,实验结果表明:改进后的数据处理方法不仅解决了国军标法拟合系数有时为负这一问题,而且拟合误差降低了近一个数量级。

机抖激光陀螺抖动控制环路频率特性的校正

针对所研制的机抖激光陀螺抖动控制环路带宽不够的情况,运用相位超前校正方法对环路实行校正,在保证稳定裕度和稳态精度的情况下,将环路带宽提高7倍。

用锁相环跟踪抖动机构自然频率的抖动控制方法

在抖动偏频激光陀螺的工作过程中 ,抖动机构的自然频率会随温度漂移 ,极端情况下可能导致机构破坏。本文提出了用锁相环跟踪抖动机构自然频率漂移的方法 ,设计了一种新型抖动控制器。实验表明 :该控制器能够跟踪抖动系统的自然频率漂移 ,保证抖动系统的安全工作。

一种高精度的抖动偏频控制方法

在激光陀螺的抖动控制中， 用作抖动幅度检测的ＰＺＴ 的灵敏度会随温度变化， 从而造成偏频失稳。本文提出了用计算机稳定偏频的方法， 设计了一种新型抖动控制器。实验表明： 该控制器能够较为精确地保持偏频的稳定。

基于USB接口的激光陀螺惯导系统数据通讯

为了提高激光陀螺捷联惯性导航系统在强振动条件下的精度,需要将惯性仪表在振动环境下的输出数据高速采集并保存下来进行离线仿真。通过CY7C68013A芯片在导航计算机外围扩展高速的USB接口,实时采集惯导系统输出的各项性能指标数据,并将此类数据保存至外围PC机,实现了导航计算机和PC机之间的高速通讯。通过设立圆形缓冲区,解决了通讯过程中的丢帧问题。经过近千小时测试,所建采集数据装置可准确采集导航计算机数据并实时存储,结果表明该装置的可靠性与稳定性,为分析惯导系统测量精度奠定了基础。

落实新一轮研究生培养方案的几点思考

从一名普通研究生导师的角度,对落实新一轮研究生培养方案,推进我校研究生培养工作提出了自己的思考意见。

激光陀螺单轴旋转惯性导航系统

高精度的惯性导航系统是提高舰船综合作战性能的基础。为了提高惯性导航系统的精度,采用单轴旋转惯性测量组件的方法,研制了激光陀螺单轴旋转惯性导航系统。介绍了系统的硬件组成,主要包括系统基本结构,惯性器件的主要技术参数和导航计算机的组成。描述了系统的多位置初始对准方式和温度补偿方案。对该系统进行了长时间静态导航实验和跑车实验,实验结果表明:四次长时间静态导航实验峰值定位误差5d优于1nm,10d优于2nm;两次跑车实验峰值定位误差77h优于1.4nm、15d优于2.5nm。

单轴旋转对惯导系统误差特性的影响

分析了单轴旋转惯导系统自动补偿的基本原理,对陀螺和加速度计常值漂移、安装误差、标度因数误差等因素在单轴旋转下的调制情况进行了研究。通过仿真分析了转动速度对各种误差的影响规律,指出了实际系统旋转速度和方式的选择要综合考虑陀螺的常值漂移和标度因数误差的影响。利用激光捷联惯导系统在实验室中进行了单轴旋转IMU实验,其定位精度优于1nm/24h。研究结果可以为单轴旋转惯导系统的进一步优化和工程设计提供理论参考。

单轴旋转惯导系统中陀螺漂移的精确校准

基于惯导系统的误差传播特性和轴向陀螺对经纬度误差的影响规律,提出了精确校准轴向陀螺漂移的方法以解决在单轴旋转惯导系统中单轴旋转只能自动补偿与转轴垂直的陀螺漂移,不能补偿轴向陀螺漂移的问题。首先,介绍了单轴旋转惯导系统自动补偿的基本原理。然后,在静基座的条件下分析了轴向陀螺漂移、初始方位和姿态角误差、初始速度误差等对经纬度的影响规律。提出了一种利用经纬度误差作为观测量,采用最小二乘法对轴向陀螺漂移进行精确校准的新方法。最后,利用激光陀螺单轴旋转惯导系统进行了静态导航试验和跑车试验。实验结果显示,该方法对轴向陀螺漂移的辨识精度达到0.000 5(°)/h,系统的定位精度优于1nm/72h。该方法能够有效地辨识轴向陀螺漂移,使系统达到较高的导航精度,具有很强的工程实用价值。

激光陀螺单轴旋转惯导系统多位置对准技术研究

激光陀螺单轴旋转惯导系统初始对准精度受陀螺漂移和加速度计零位的限制,为了减少对准误差,对多位置对准技术进行了研究。给出了单轴旋转惯导系统误差方程,利用奇异值分解的方法,对多位置对准时的系统各状态变量的可观测性进行分析,利用卡尔曼滤波仿真研究了多位置对准过程中方位失准角估计误差收敛情况,系统地分析了卡尔曼滤波器参数P0、Q、R的选取对陀螺漂移的估计精度和收敛速度的影响规律。对单轴旋转惯导系统进行了动基座对准的跑车实验,实验结果表明:多位置对准可以提高陀螺漂移和加速度计零位的估计精度,提高系统对准精度,系统跑车定位误差优于1 nautical mile/72 h(1 853.2 m/72 h)。

加速度计温度补偿模型的研究

研究了加速度计的温度特性.通过温度实验,分别得到了加速度计的零偏、标度因子和IF转换电路的温度补偿模型,并在捷联系统中得到应用.结果表明,得到的模型可以有效地补偿加速度计温度误差,通过温度补偿,缩短了系统的预热时间,提高了系统的精度.

激光捷联惯导系统高阶误差模型的建立与分析

针对弹道导弹、火箭的工作环境存在剧烈振动的情况,研究了激光陀螺捷联惯导系统在线振动环境下的误差传播特性,指出加速度计二次项误差对导航精度有重大影响,建立了包括加速度计二次项误差的31阶误差模型。为了评价该模型的准确性,设计了静态和线振动仿真实验,将其与不考虑二次项误差的28阶误差模型进行了比较。仿真结果表明:静态时,两种模型准确度相当;当系统工作环境存在线振动时,建立的31阶误差模型比28阶误差模型准确度提高约5倍。

36维Kalman滤波的激光陀螺捷联惯导系统级标定方法

分析了系统级标定的研究现状,建立了惯导系统误差模型。额外考虑加速度计二次项误差系数与内杆臂参数对系统的影响,提出了一种36维Kalman滤波系统级标定方法。设计了合适的标定路径,建立了Kalman滤波模型。仿真及实验结果表明,激光陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.001(°)/h和9μg,标度因数误差估计精度分别优于3 ppm(1 ppm=10-6)和2 ppm,安装误差角估计精度分别优于1″和3″,二次项误差系数估计精度优于4×10-10 s2/m,内杆臂参数估计精度优于3 mm,满足高精度惯导系统的标定要求。

单轴旋转惯导系统在晃动基座上的建模及误差分析

阐述了船用单轴旋转捷联惯导系统的基本原理,推导了系统在动态条件下的误差传播方程。在三轴摇摆这种典型运动形式下,对单轴旋转惯导系统各主要误差因素的传播特性进行了仿真分析,并与不旋转时的误差传播特性进行了对比,给出了各种误差因素对系统的影响规律,并定量地得到了其对导航精度的影响程度。研究结果可为船用单轴旋转惯导系统的工程设计提供理论参考作用。

机抖激光陀螺温度场的有限元模拟与实验

为了研究机抖激光陀螺内在热源对陀螺性能的影响,利用有限元分析软件ANSYS建立了机抖激光陀螺的温度场模型,对有限元模型进行了温度场仿真分析。描述了有限元模型的简化方法,介绍了材料热参数的处理及热生成率和换热系数的计算方法,最后给出了机抖激光陀螺的稳态温度场1h和3h的瞬态温度场分布,指出了机抖激光陀螺的最高、最低温度分布区域及温度梯度分布情况。设计了高精度的铂电阻测温电路,其测温精度为0.005℃,仿真与实验对比结果表明,计算误差优于2%,验证了模型的正确性和合理性。本文的研究方法可为陀螺盒体内部测温点的选取提供指导意见,有助于提高机抖激光陀螺的温度补偿效果。

机械抖动激光陀螺的随机振动响应分析

对机抖激光陀螺进行了随机振动响应分析,以考察其承受动力学环境的能力。介绍了基础激励下结构随机振动响应的分析方法,利用有限元分析软件ANSYS建立了机抖激光陀螺的有限元模型并进行了模态分析,与试验结果对比表明,计算误差<7%,验证了模型的合理性和精确性。对机抖激光陀螺的轴向和横向随机振动激励进行了有限元计算,对轴向激励下随机振动的试验结果和有限元分析结果进行了对比,通过分析对结构加速度响应的功率谱密度等统计量,研究了随机振动试验中机抖激光陀螺结构的随机响应,指出了现有结构设计的薄弱环节,提出了改进意见,为机抖激光陀螺的研发和设计提供了参考依据。

基于灰色时序模型的激光陀螺漂移数据滤波

为了有效抑制机抖激光陀螺(RLG)输出数据中的随机漂移,提出了采用新陈代谢GM(1,1)灰色模型与时间序列模型融合的灰色时序建模新方法。依据所建模型对激光陀螺的漂移数据进行Kalman滤波,并利用Allan方差法对建模滤波前后的陀螺数据进行分析对比。结果表明:该方法抑制激光陀螺随机漂移的效果优于传统的时序建模后Kalman滤波的方法,有效降低了激光陀螺的量化误差、角度随机游走、零偏不稳定性、角速率随机游走、速率斜坡;相对于传统方法,对量化误差的改善尤为明显。

激光航海惯性组件温度场与热变形有限元模拟

激光捷联惯性组件是航海惯性导航系统的核心部件,惯性组件的温度变化直接影响系统的导航精度。本文利用ANSYS模拟了激光捷联惯性组件的温度场、热应力场和热变形。首先介绍了我们设计的激光捷联惯性组件的结构特征,建立了有限元模型,然后详细介绍了有限元分析中边界条件的处理及换热系数的计算方法,最后给出了激光捷联惯性组件的稳态温度场、瞬态温度场分布情况。实验测试结果与仿真分析结果吻合,计算误差小于2%。利用热-结构耦合法仿真分析了激光捷联惯性组件的热应力场和热变形情况。本文的研究结果可以为激光航海捷联惯性组件温度补偿中测温点的选取、捷联惯导系统变温过程中的标定、惯性组件的热设计以及进一步优化设计等提供参考依据。

机抖激光陀螺多温度点实时温度补偿方法的研究

研究了机抖激光陀螺的零偏和多温度点的关系。通过重复性温度实验,利用逐步回归法得到了温度补偿模型,并对模型的实用性进行了实验验证。结果表明,机抖陀螺的零偏和温度、温度梯度及温度速率有关;得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿,以提高陀螺的精度,用此方法补偿后的单轴旋转激光陀螺导航系统定位精度优于1nmile/d,航向精度优于0.5′.