摆式陀螺寻北仪的积分测量方法

提出了摆式陀螺寻北仪双次积分测量方法。在粗寻北阶段采用步进法,通过施加外作用消耗系统原有机械能的方式实现快速寻北。在精寻北阶段采用双次光电积分法,通过对陀螺摆动的一个半周期做积分测量后,利用双次光电积分的方式得到陀螺摆动的平衡位置,然后,通过计算来获得子午面与陀螺轴向之间的夹角。进行了一系列相关实验,结果表明:双次光电积分法有效地改善了JT15试验样机的寻北测量精度,使由于测量周期变化造成的寻北误差减小了10倍以上。本方案缩短了摆式陀螺寻北仪的寻北测量时间,提高了寻北测量精度,满足了工程实用的精度和快速性要求。

摆式陀螺复合式全方位快速寻北

由于现有摆式陀螺寻北仪对初始架设方位要求严格,难以实现全方位的快速寻北,本文提出了一种复合式全方位快速寻北方案。研究了该方案涉及的摆式陀螺大偏北角运动规律、全方位的快速预定向和小偏北角的快速粗寻北和精寻北。根据刚体动力学原理建立了摆式陀螺大偏北角运动方程,运用数值分析和曲线拟合方法求得方程的近似解析解。依据上述运动规律,分析了1/2周期和1/4周期全方位步进预定向的寻北时间和寻北效果,并对寻北策略进行了优化。在分析曲线拟合快速粗寻北和步进快速限幅法的基础上,提出了一种快速步进粗寻北限幅方法。最后,结合上述方法和光电积分法,提出了一种复合式全方位快速寻北方案。仿真结果表明:优化后的步进策略可以在190s内将陀螺主轴步进到真北±300′以内;快速步进粗寻北限幅法可以在95s内完成小偏北角粗寻北和限幅;复合式寻北总时间不超过11min。结果显示该寻北方案有效克服了对初始架设方位的限制。

摆式陀螺寻北仪快速寻北的时差逆转点法

针对现有粗寻北方法时间长精度差的不足,结合时差法和逆转点法提出一种综合快速寻北的时差逆转点法。由陀螺仪常数及地理信息求出摆动周期,然后测量摆动曲线中一个逆转点和两个相关点的时刻与摆幅,代入时差逆转点法模型解算出真北方向。通过实验验证,测量时间短,精度优于传统粗寻北方法。结合积分法精寻北,在7min内,寻北精度达到7″。

基于锁放干扰力矩作用的摆式陀螺仪动力学建模

针对摆式陀螺仪锁放过程中陀螺灵敏部锁放稳定性和锁放速度主要受到锁放干扰力矩的影响,从而影响陀螺仪整体寻北时间的问题。在利用动静法原理建立摆式陀螺仪动力学模型的基础上,分析了在锁放干扰力矩的影响下摆式陀螺仪的运动情况和受力情况,并给出了在此条件下的动力学模型。

摆式陀螺大偏北角运动特性研究

目前关于摆式陀螺运动规律的研究主要局限于小偏北角领域,不能满足全方位快速寻北技术对其大偏北角运动规律的要求。突破传统方法,首次提出并研究了摆式陀螺大偏北角运动特性,利用欧拉动力学方程建立摆式陀螺大偏北角运动模型并进行合理简化。针对模型的非线性特点,结合李亚普诺夫稳定性理论定性分析了其运动稳定性,得到具有唯一稳定平衡点的条件。与小偏北角时的情况不同,仿真结果表明大偏北角运动时,摆式陀螺的陀螺轴绕其稳定平衡点的周期性摆动不再满足正弦变化规律,摆动周期随摆幅和悬带扭矩而改变。研究结论可为实现摆式陀螺寻北仪全方位快速寻北提供理论依据。

步进快速限幅摆式陀螺寻北仪

针对摆式陀螺寻北仪存在的限幅效率低的工程实际问题,提出了一种步进快速限幅方法,介绍了该方法的实现原理和步骤,分析了3种主要测量误差对限幅效果的影响,论证了步进快速限幅法在理论上的可行性,最后将步进快速限幅法成功应用于摆式陀螺寻北仪上。设计了相应的限幅试验,利用摆动的平衡位置主动跟踪逆转点,实现了对摆幅的快速精确限制。理论和试验结果均表明:提出的步进快速限幅法保留了传统步进法不需要增加系统硬件的优点,有效克服了采用电磁阻尼法限幅时电磁干扰力矩的问题,保持了限幅的可靠性。基于步进快速限幅方法的摆式陀螺寻北仪能在一个步进周期(约60s)内实现对摆幅的快速精确限制,较传统步进法可以节省2个以上的步进周期,为缩短寻北时间提供了理论支撑和实践依据。

摆式陀螺速度检测法全方位快速预定向

为克服国内摆式陀螺寻北仪对初始架设方位要求严格,难以实现全方位寻北的不足,通过对其大偏北角运动规律的分析,提出了一种基于摆速检测的全方位快速预定向方法。运用欧拉动力学方程建立摆式陀螺大偏北角运动方程;运用相平面法分析了其全局运动规律,运用修正的谐波平衡法求得周期摆动的近似解析解;然后根据求得的近似解析解分析了灵敏部摆动速度和摆动周期的变化规律,提出采用最大摆动速度检测法实现全方位预定向,并通过降低陀螺马达转速缩短寻北时间;最后设计了实现方案,并进行了初步试验验证。分析和试验结果表明,该方法能在2 min内实现任意初始架设方位预定向,预定向后灵敏部主轴方位角最大不超过5°。该方法对实现摆式陀螺全方位快速寻北具有重要意义。

摆式陀螺寻北仪的大偏北角运动特性分析

利用欧拉法建立了摆式陀螺寻北仪的运动方程,并根据摆式陀螺寻北仪的结构特点对运动方程进行部分线性化处理,得到了反映摆式陀螺寻北仪在大偏北角情况下不规则进动规律的二阶非线性微分方程组;根据李雅普诺夫稳定性理论对微分方程进行了定性分析,找出了摆式陀螺寻北仪在大偏北角运动时的平衡位置,分析结果表明,真北方向是摆式陀螺寻北仪唯一稳定的平衡位置。

基于周期-摆幅测量的摆式陀螺全方位快速预定向方法

为克服目前国内摆式陀螺寻北仪难以实现全方位寻北的不足,通过对其大偏北角运动规律的分析提出了一种基于周期-摆幅测量的全方位快速预定向方法,通过测量摆动周期和摆幅计算偏北角;分析了转子转速对预定向时间的影响,以及各参数误差对预定向精度的影响,并对提出的方法进行了初步试验验证。理论分析和试验结果均表明,通过降低转子转速可以有效缩短摆动周期,在65 s内实现全方位预定向,精度在5°以内,满足后续寻北过程的精度要求。

摆式陀螺经纬仪快速粗寻北的新方法

为克服国内摆式陀螺经纬仪对初始架设角度要求严格、难以实现全方位的不足,以某经纬仪为样机,运用欧拉动力学方程建立摆式陀螺大偏北角运动方程,推导了在跟踪状态下陀螺摆速与偏北角度之间关系的数学公式,提出了一种改进的大偏北角粗寻北方法——跟踪速度检测法。分析和试验结果表明,该方法能在1 min内实现任意初始架设方位预定向,预定向后灵敏部主轴方位角在6°左右,解决了大偏北角寻北问题。

分离摆式积分陀螺加速度计外环摩擦试验研究

为分离摆式积分陀螺加速度计外环摩擦力,提出一种在高精度三轴转台上测试摆式积分陀螺加速度计的新试验方法。该试验采用三轴转台中环转动速度随动摆式积分陀螺加速度计外环进动角速度,从而分离仪表外环轴摩擦力的方案。为研究三轴转台存在的动不平衡对摆式积分陀螺加速度计测试试验的影响,建立了三轴转台的动不平衡模型,分析了三轴转台的动不平衡对转台定位精度的影响,并通过提高三轴转台的带宽和改变工作点来获得高的定位精度,消除三轴转台的动不平衡扰动影响,完成分离摆式积分陀螺加速度计的外环摩擦力的试验。通过对试验数据进行分析,得出外环摩擦力的存在影响了摆式积分陀螺加速度计精度,为进一步改进仪表结构以提高仪表的精度提供了试验研究基础。

陀螺寻北仪阻尼步进限幅法

为提高摆式陀螺寻北仪的限幅效率,在步进迭代法的基础上提出了阻尼步进限幅法。首先分析了步进迭代法的两个关键点:步进迭代以及撞边情况的处理;然后详细地叙述了阻尼步进限幅法在撞边情况处理的新方案并给出了新方法的实现算法;最后通过对步进迭代法与阻尼步进限幅法的对比仿真,验证了阻尼步进限幅法的限幅效率比步进迭代法的限幅效率高的结论。阻尼步进限幅法不需要增加已有的陀螺寻北仪的机械结构,只需要对系统的控制程序进行更改即可投入工程使用。

陀螺寻北仪改进的步进迭代法

为了提高摆式陀螺寻北仪的限幅效率,提出了一种改进的步进迭代法。首先,在建立陀螺灵敏部运动方程和分析传统步进迭代法的实现原理的基础上,根据初始下放角速度的大小提出不同的步进迭代策略;然后详细推导了改进的步进迭代法的实现原理;最后通过数值仿真验证了改进的步进迭代法的可行性。数值仿真算例表明:当初始下放角速度在一定范围内时,改进的步进迭代法相对于传统的步进迭代法限幅效率更高。改进的步进迭代法保留了传统步进法不需要增加系统硬件的优点,回避了电磁阻尼法的电磁干扰力矩的问题,保证了限幅的可靠性,为缩短寻北时间提供理论参考。

一种新型陀螺经纬仪平稳快速锁放方法

锁放环节是影响摆式陀螺寻北速度及陀螺灵敏部下放后限幅难度的关键环节。为解决现有摆式陀螺寻北仪锁放时间较长且陀螺灵敏部下放后摆幅较大的问题,以一种能够进行匀速运动的锁放装置为例,通过对原有控制电路进行I2C总线扩展,针对锁放过程中各阶段特点合理控制锁放电机转速,实现平稳快速锁放要求。经实验验证,新的锁放控制方法完全可行,锁放时间控制到25s内,下方后摆幅不超过1°30′,具有可行性和实用价值。

陀螺寻北仪大偏北角粗寻北方法

为实现陀螺寻北仪在大偏北角情况下粗寻北,在大偏北角情况下,该文分别对不跟踪和跟踪状态下的陀螺运动特性进行分析后,针对陀螺运动特性,提出不跟踪及跟踪状态下的两种大偏北角的粗寻北方法,并分析了两种粗寻北方法;最后,对跟踪状态下的大偏北角粗寻北方法进行试验验证,分析了方法的有效性及寻北精度不足的原因,并根据分析结果提出设计高精度伺服系统的必要性。

陀螺寻北仪的软硬件改进技术研究

人们都会习惯性的选择摆式陀螺,摆式陀螺以其工程上的优势深受人们的喜爱,所以要针对摆式陀螺的软硬件设备进行研究剖析,并应用到陀螺寻北仪中。目前市场上的寻北仪大部分都是蓄电式,无法长期工作,采用的力矩器的矩能力也不够,补偿装置上也有很多不足。本文针对陀螺寻北仪的这些不足之处,对它的软硬件提出了改进技术研究,具体改进技术研究如下。

外环干扰力矩对陀螺加速度计测试精度的影响

摆式积分陀螺加速度计的外环干扰力矩包括仪表外环轴的摩擦力矩和交叉轴加速度引起的交变力矩。作者分析了引起摆式积分陀螺加速度计外环干扰力矩的主要原因,提出一种在高精度三轴测试转台上分离摆式积分陀螺加速度计外环干扰力,测试摆式积分陀螺加速度计精度的试验方法。该试验采用三轴转台中环转动速度随动摆式积分陀螺加速度计外环进动角速度,同时摆式积分陀螺加速度计陀螺摆的输出轴在整个试验中保持水平,从而分离仪表外环干扰力的方案。通过对试验数据进行分析,得出外环干扰力的存在影响了摆式积分陀螺加速度计测试精度,为改善摆式陀螺加速度计工艺以提高摆式陀螺加速度计的测试精度提供了依据。

陀螺寻北仪粗寻北新方法——角加速度计算法

为了实现摆式陀螺寻北仪的大偏北角粗寻北,文中分析了陀螺灵敏部大偏北角运动方程,在最大速度检测法的基础上提出一种新的粗寻北方法——角加速度计算法。文中首先对仪器设置大偏北角的粗寻北试验,然后使用低通滤波对粗寻北阶段陀螺速度信号进行处理,最后建立跟踪微分器求得角速度的微分信号即角加速度,代入公式求出粗寻北结束时壳体的偏北角,并对角加速度计算法的结果进行精度分析。试验结果表明,角加速度计算法精度为6.03″,精度较好,能够实现大偏北角粗寻北,具有良好的工程实践性。

摆式积分陀螺加速度计技术发展综述

摆式积分陀螺加速度计(简称陀螺加速度计)具有高精度、大量程、抗干扰、能自动积分等优点,广泛应用于国内外远程火箭的高精度惯性导航与制导系统中。通过采用动压气浮、全液浮、磁悬浮支承技术,三浮陀螺加速度计成为目前工程应用中最高精度的加速度计。综述了三浮陀螺加速度计的发展现状、技术优势及其三浮支承、伺服控制和精密制造等关键技术,并对陀螺加速度计的技术发展进行了分析。

基于滤波方法提高精寻北阶段的寻北精度

为了解决摆式陀螺寻北仪在复杂环境下寻北精度不高的问题,在分析寻北过程各个阶段信号特点的基础上,将滤波方法引入精寻北阶段的陀螺信号处理中。该文使用最小均方算法(LMS)自适应滤波、滑动均值滤波、低通滤波及中值滤波对精寻北阶段陀螺信号进行处理,然后对滤波效果进行了分析比对,并进行了精度分析。结果表明,滤波处理后的精寻北阶段数据信号较之前更平滑,波动减小,有利于提高寻北结果的准确度,且经计算,滑动均值滤波的处理结果精度更高。使用滤波方法对陀螺信号进行处理,减小了信号的精度损失,提高了寻北结果的精度和可靠度,具有良好的工程实践性。