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。

基于姿态匹配的船体形变测量方法

针对激光陀螺船体形变测量系统,提出了一种新的基于姿态匹配的形变测量解算方法。该方法不同于以角速度差作为观测量的惯性测量匹配法,而是基于两套激光陀螺系统的姿态信息。确立了新的形变测量滤波观测量,并建立线性量测方程。两套激光陀螺系统直接利用激光陀螺输出的角增量数据相对于惯性空间进行姿态更新,惯性坐标系取为各自初始时刻的载体坐标系,完全回避了系统初始对准问题,且充分利用了激光陀螺角度测量精度高的特点。仿真结果表明,该方法能够有效实现船体形变的高频精确测量,仿真测量精度优于15″,为激光陀螺船体形变测量技术进入工程应用打下了基础。

环形激光陀螺的最新发展

环形激光陀螺是当前高精度捷联惯导系统中最重要的设备之一,它在军用领域和商用领域获得了广泛的应用。近几年,和环形激光陀螺相关的进展主要可以概况为三个方面:激光陀螺研制技术的进步;对激光陀螺系统研究方法的深入和激光陀螺应用领域的扩展。激光陀螺发展的最新动态,对国内激光陀螺工业有重要的参考价值,将有助于提高我国环形激光陀螺技术水平。

激光陀螺惯组系统级标定方法

针对激光陀螺惯性测量组件在传统的分立式标定中受橡胶减震器影响的问题,从系统的角度对激光陀螺惯性测量组件的标度因数误差、安装误差传播规律进行分析。通过分别绕三只陀螺敏感轴转动激发激光陀螺的标度因数误差、安装误差,通过三只加速度计敏感轴分别指天激发加速度计的标度因数误差、安装误差和零位,从而完成激光陀螺惯性测量组件的系统级标定。在未进行温控及温补的情况下,陀螺仪标度因数误差重复性在3.5×10^(-6)以内,安装误差重复性在3″以内,加速度计标度因数误差和零位在其性能指标内,安装误差在4.5″以内。试验结果表明,该方法满足高精度、长期稳定性好的惯导系统工程应用要求。

激光陀螺惯性测量单元系统级标定方法

传统的分立标定方法必须依靠高精度的转台提供姿态基准,不满足带减振器的惯性测量单元(IMU)和现场标定需求。首先建立了附加约束条件的陀螺和加速度计安装坐标系数学模型,根据陀螺和加速度计的输出误差方程,从惯性导航基本误差方程出发推导了惯性测量单元的系统级误差参数标定Kalman滤波模型,该模型包含了陀螺和加速度计零偏、比例因子、安装误差在内共21维标定误差状态变量,且仅以速度解算误差为观测量。依据所建立的模型和设计的标定路径对此系统级标定方法进行了仿真,仿真结果表明,陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.005o/h和0.005 mg,安装误差估计精度优于1′′,比例因子误差优于1ppm,满足高精度惯导系统的标定需求。

激光陀螺零偏温度补偿研究

在对某型激光陀螺进行大量高低温环境试验的基础上,根据试验数据,建立了一种零偏温度补偿模型,并用该模型对新测的试验数据进行了预测补偿。补偿结果表明:激光陀螺经该模型补偿后基本上可以将零偏减小一个数量级,并进一步提高了零偏稳定性,完全满足工程上的实时补偿要求。因此,该模型具有很强的工程实用价值。

一种角速率激光陀螺惯导系统高精度姿态算法

在分析圆锥误差补偿通式的基础上,提出了利用角速率求取角增量的拟合算法,并给出了该算法的数学证明.详细推导了基于纯角速率输入的圆锥误差补偿算法的补偿系数和误差主项通式,并从理论上对精度进行了分析.结合激光陀螺频谱特性的仿真对比结果表明,纯角速率输入圆锥误差补偿算法优于常规的四阶龙格库塔算法,能够提高纯角速率输出的捷联惯性导航系统的姿态精度.

基于改进小波阈值的激光陀螺漂移信号降噪

针对固定阈值法对激光陀螺漂移信号去除噪声会出现"过扼杀"小波系数的现象,提出一种称为E-median的小波阈值。信号进行平稳小波变换,计算各尺度高频小波系数的E-median阈值,采用软阈值法修正高频小波系数,通过平稳小波逆变换重构信号。对激光陀螺漂移仿真信号和实测信号去除噪声,该阈值均能保留原信号的特征并有效去除噪声。仿真结果表明相对于固定阈值、混合阈值以及Minimax阈值,采用该阈值消除噪声信噪比更高。

激光陀螺单轴旋转式惯导系统的转动方案分析(英文)

目前国际上的激光陀螺单轴旋转式惯导系统中,普遍采用一种四位置转停的惯性测量组合转动方案。通过对这种四位置转停方案的误差分析,指出它并不能够完全抵消掉转轴垂直平面内的所有陀螺常值漂移误差,并且载体航向变化会降低误差抵消的程度。基于此,在这种四位置转停方案基础上,首先提出了一种改进的四位置转停方案,可以抵消掉转轴垂直平面内的所有陀螺常值漂移误差,然后进一步提出了一种动态调整停止时间的四位置转停方案,使转轴垂直平面内的常值漂移误差的抵消程度不受载体航向变化的影响。分析表明,文中提出的这些改进措施和方法能够提高系统精度,而不会降低系统的可靠性,并且使用简单易行,可以应用于实际的单轴旋转式惯导系统中。

应用Kalman滤波器提高机抖激光陀螺姿态测量系统瞬时精度的方法

机械抖动激光陀螺输出的原始数据不仅包含了外界的惯性输入的角速率信息,还包含了抖动信号的角速率信息,通常使用线性相位FIR滤波器去除机械抖动信号,信号经滤波后其所有频率成分都将产生一定时间的延迟,这将对由机抖陀螺组成的高精度实时姿态测量系统造成影响。本文提出了一种基于姿态角运动跟踪预测模型和Kalm an预测的姿态测量滤波延迟补偿方法。实验结果表明,本方法能有效估计并预测运动载体的姿态运动,补偿由于FIR滤波器时间延迟带来的不利影响,提高姿态测量系统的实时性和瞬时精度。

环形激光陀螺频率稳定性的研究

对直腔式和环形谐振腔的稳频原理进行了理论上的探讨，并给出了环形激光陀螺的稳频精度分析。根据环形激光器研制过程中的需要，提出了一种基于单片机系统的实用稳频方案，并对该系统的电路时序工作过程进行了分析，作者还将该方案与 Ｈ． Ｊ． Ｍｕｒｐｈｙ 提出的数字式稳频系统在性能上进行了比较。

考虑准静态缓变量的船体角形变测量

针对船体静态角形变缓慢变化的特征,在Mochalov船体角形变理论和姿态匹配算法的基础上,提出了一种用角速度的一阶Markov过程来描述静态角形变缓慢变化行为的方法。考虑到静态形变角速度变化较慢、相关时间较长的实际情况,一阶Markov过程可进一步简化为随机游走过程。仿真结果表明,视"准静态"角形变为常量的Mochalov角形变模型无法跟踪"准静态"角形变的缓慢变化,精度较差;而新的形变模型不仅能够跟踪缓慢变化的"准静态"角形变,对于转舵等因素引起的短时大幅角形变也同样有效,总形变测量精度优于30″(RMS),这为激光陀螺船体形变测量技术进入工程应用打下了基础。

激光陀螺数字抖动控制方法与特性

针对传统的模拟抖动控制系统体积大、灵活性差的缺点,设计了一种基于单片机的新的激光陀螺数字抖动控制方法,建立了陀螺抖动的数学模型,比较研究了传统的模拟正弦波驱动和新的数字方波驱动的抖动特性,指出了后者不同于前者的抖幅变化律及非线性的随机噪声注入方式。仿真和实验证明,该方法能很好满足激光陀螺抖动控制要求,保证陀螺性能。

四频激光陀螺脉冲细分技术

文章对传统的激光陀螺整脉冲计数方法的误差进行了分析,提出了一种能精确测量陀螺输出脉冲尾数的脉冲细分方法,并对该方法进行了误差分析。在此基础上,利用脉冲细分方法采集了某型四频激光陀螺的数据。理论分析和实验表明,脉冲细分方法的角分辨率优于0.1角秒。

几种光学陀螺的研究进展

除了He-Ne气体激光陀螺外,国内外提出了研制新型光学陀螺的多种方案。该文介绍了其中干涉式光纤陀螺、循环再入式光纤陀螺、集成光学陀螺、半导体激光陀螺的研究现状,着重介绍了超短脉冲激光陀螺研究;同时指出了光学陀螺的发展趋势。

单轴旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑制

为了提高惯导系统长时间导航精度,采用旋转调制技术将惯性器件误差调制成周期性变化信号,抑制惯导系统误差发散。首先,基于惯性测量单元的误差模型,阐述了旋转调制技术的基本原理。然后,将激光陀螺慢变漂移建模成一阶马尔可夫过程,基于一阶马尔可夫过程的自相关函数,理论分析了旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑制。最后进行了仿真与试验。仿真和试验结果表明:采用旋转调制技术后,由陀螺慢变漂移引起的系统速度和位置误差减小为原来的1/40,实测的系统定位误差优于1 nmile/48 h,表明旋转调制技术能够有效调制激光陀螺的慢变漂移。

激光陀螺惯导系统硬件增强角速率输入圆锥算法

根据机械抖动式激光陀螺捷联惯性系统的角速率以及角增量输出原理,提出了一类利用角速率及其硬件积分角增量输入的新圆锥误差补偿算法,即硬件增强角速率输入圆锥算法.在分析经典圆锥运动误差基础上,给出了新算法的旋转矢量通式,并推导了这类圆锥补偿基本算法及其优化算法补偿系数通式.对新算法误差主项和补偿系数的规律性分析以及进一步的仿真结果表明,硬件增强角速率输入算法具有较高的精度,是提高角速率输出捷联惯导系统姿态算法精度的一种新思路.

激光陀螺及其误差补偿

本文介绍国外研制环形激光陀螺(RLG)的经验和现状,把误差产生机理及其补偿方法作为研究重点,这是取得成果的基础。机械抖动偏频技术有优点,得到了广泛应用,但在精度上尚不能满足精密惯性导航的要求。近年来国外正在研究的速率偏置技术显著地降低了RLG的随机误差,并可补偿常值漂移。本文讨论了这一技术的优点。

激光陀螺捷联惯导系统多位置标定方法

在建立惯性仪表简化误差模型的基础上,提出了一种多位置标定方法。该方法充分考虑标定条件、设备以及时间等因素,设计了一种多位置连续转动标定方案,充分激励惯性仪表各项误差参数,从而建立起所有误差参数与系统导航误差之间的关系,通过测量每个位置静态导航状态下的速度误差,采用最小二乘估计,全面辨识出所有21个误差参数。理论分析和实验结果表明,与传统标定方法相比,该方法对标定设备要求低,无需北向基准,实现简单方便,在较短的时间内就可以一次标定出惯性仪表所有21个误差参数,标定精度与基于精密转台的标定精度相当,具有较强的工程实用性。

四频差动激光陀螺法拉第旋光片的加工

根据四频差动激光陀螺对法拉第旋光片的两个通光面都必须是超光滑表面且有一定夹角的使用要求,针对传统工艺必须采用光胶上盘法所带来的不利因素,提出了一种新的工艺。通过将数百个法拉第旋光片毛坯作为一个整体粘胶上盘并进行加工的方法,不仅使法拉第旋光片两通光面之间的夹角得到了很好的保证,而且还避免了光胶上盘对通光表面可能造成的损伤,最后使旋光片的两个通光面的表面质量同时得到了保证,从而使产品合格率大大提高(一盘数百个零件,两个通光表面的表面粗糙度同时优于0.08 nm(rms值)的合格率有时可达80%以上),解决了四频激光陀螺批量化生产中的一大制约因素。