利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺

提出了一种利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺的结构原理,建立了这种陀螺的数学模型并分析计算了该陀螺的结构动力学参数。理论研究和计算机模拟表明,利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺结构原理正确。

旋转载体驱动硅微机械陀螺的设计和性能检测

提出了一种利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺,分析了该陀螺的工作原理,建立了这种陀螺的数学模型,设计了该陀螺的敏感结构,计算了陀螺的结构动力学参数,设计并分析了陀螺的信号检测与处理电路并针对该陀螺的特点设计了性能测试装置。理论研究和性能测试表明,利用旋转载体自身角速度驱动的硅微机械陀螺结构原理正确。

一种旋转载体用角速率传感器模型

提出了一种利用旋转载体自身的旋转作为驱动,从而敏感旋转载体横滚或俯仰的角速率传感器模型,并运用陀螺力学理论建立传感器的动力学方程、求得解析解,对传感器进行动力学误差分析。

旋转载体用角速率传感器

设计制作了一种旋转载体用角速率传感器,该传感器利用旋转载体自身的旋转作为驱动从而敏感旋转载体横滚或俯仰角速率。建立传感器的动力学方程并求得解析解,得到输出电压和传感器敏感质量摆角的关系。实验表明,利用该传感器可以敏感旋转载体的横滚或俯仰角速率。

旋转载体用硅微机械陀螺的动力学分析与仿真

提出一种“旋转载体用硅微机械陀螺” ,给出了该陀螺敏感头的结构尺寸 ,对陀螺角振动方程中出现的转动惯量、弹性支撑梁的扭转刚度系数和角振动阻尼系数分别进行了解析近似计算 ,得到了角振动幅度与被测角速率的关系曲线。用ANSYS仿真分析软件对陀螺结构进行模态分析和谐响应分析 ,比较计算机模拟和解析近似计算结果 ,它们相差不大 。

旋转载体锥形运动的两轴旋转表征方法研究

针对旋转载体因旋转表征方式不同出现姿态解算诱导误差问题,通过分析旋转特点,提出两轴旋转表征方法。定义锥形运动的姿态角,建立角运动方程及姿态解算方程,并给出与常规姿态角的关系式,仿真分析不同表征方式的角速度和姿态解算的差异,并通过试验设计进行对比验证。综合仿真和实验结果表明:在相同的锥形运动条件下,两轴旋转表征方法与三轴旋转表征方法的差异随着锥形运动条件的恶劣而变大,但两轴旋转表征方法解算姿态误差较小,因此采用两轴旋转表征方法更为有效。该表征方法不但为旋转载体的抑制姿态误差提供理论基础,还能为攻角和侧滑角测量提供新思路。

基于单天线GPS载波幅度的旋转载体滚转角测量

传统的载体滚转角和转速测量方法成本高昂且仅限于高价值平台,为降低成本利用GPS信号测量滚转角的方法日益受到关注。将GPS载波信号的相位和幅度信息用于姿态测量,是目前旋转平台基于GPS测姿的两类主要方法。为了实现旋转载体的低成本高精度滚转角和转速测量,本文提出了单天线结构的利用GPS卫星接收机硬件相关器直接输出的导航用载波I/Q信号幅度特性,设计基于EKF的滚转角滤波器,利用载波I/Q信号的幅度特性对载波频率进行估计与跟踪,从而实现旋转载体的滚转角和转速的精确计算。实测数据试验表明,对于旋转载体仅利用卫星载波I/Q信号的幅度信息,本文提出的算法即可实时计算出旋转载体的滚转角和转速,且计算精度能够满足大多数的实际工程应用。

旋转载体驱动的硅微机械陀螺误差研究

根据陀螺敏感元件的动力学方程,论证了导致陀螺误差的4个不稳定参数。其中,载体旋转角速度和气体阻尼系数不稳定是主要影响参数。实验结果表明,在低气体阻尼系数情况下,陀螺由于载体旋转角速度不稳定导致输出信号的相对误差高于30%。根据动力学方程建立的二元回归数学模型,得到的相对误差与实验结果相吻合,即理论论证和实验验证相一致。

一种适用于旋转载体自动驾驶仪的硅微机械陀螺

介绍了一种适用于旋转载体自动驾驶仪的硅微机械陀螺。该陀螺的特点是陀螺本身不包含驱动结构,利用旋转载体自旋作为驱动,陀螺输出信号中包含旋转载体自旋、偏航和俯仰角速率信息。根据陀螺的结构和工作原理,建立了陀螺的运动学方程。针对陀螺信号的特点,给出了从陀螺信号中同时解调旋转载体自旋、偏航和俯仰的角速率的算法,以及消除旋转载体自旋角速率变化对陀螺标度因数变化的算法。实验证明了解理论分析和算法的可行性。

旋转载体圆锥姿态解算方法研究

针对旋转载体的双轴锥形运动引起常规姿态解算出现发散误差问题,提出圆锥姿态解算方法,给出基于旋转矢量的姿态解算过程,并以载体姿态和半锥角为精度验证参数,与常规姿态解算方法进行仿真对比,研究发现,圆锥姿态解算方法的精度高于欧拉角姿态解算方法,圆锥姿态的双步姿态解算精度高于欧拉角的双步姿态解算,但是常规优化的旋转矢量方法效果并不明显。圆锥姿态解算方法更适合旋转载体出现双轴锥形运动条件。

旋转载体用硅微机械陀螺的相位研究

介绍了利用旋转载体自身旋转作为驱动力的硅微机械陀螺的相位提取技术。当陀螺的敏感轴平行于载体偏转平面时,硅摆所受的哥氏力最大,输出为正弦信号的峰值;当它的敏感轴和偏转平面垂直时,输出为正弦信号的零值。因此,以载体的自转信号为基准,通过比较输出信号波峰在输入基准坐标中相位的变化可知敏感轴的方向,进而能够确定旋转平面及载体在空间中的偏转方向。

旋转载体用硅微机械陀螺的相位研究

介绍了利用旋转载体自旋作为驱动力的硅微机械陀螺的结构和原理,通过对陀螺相位的处理来判断载体的偏转极性。用重力加速度计信号反映载体自旋信号作为基准,通过比较陀螺信号和加速度计信号的相位,再除去两者相位差中所含的滞后值,进而可以判断载体在空间中实际偏转方向。

一种弱重力环境下的高速旋转载体滚动角快速对准方法

为解决高速旋转载体无控飞行段弱重力环境下惯导空中动基座对准问题,研究了基于旋转载体惯性信息特征的滚动角快速对准方法。首先分析了旋转载体的惯性信息特征。针对这一特征,提出了一种基于载波相位跟踪的滚动角对准方法,仅利用Y轴陀螺或Z轴陀螺信息即可实现滚动角的快速对准。为进一步提高该方法的适应性,充分利用Y轴陀螺或Z轴陀螺的信息,提出了一种基于双信源信息融合的惯导滚动角对准方法,以实现最优的滚动角跟踪结果。仿真与试验结果表明,该方法可在不依赖卫星、无初始姿态角且载体失重的条件下,5s内完成滚动角快速对准,且对准精度优于3°。该方法可自适应地剔除异常滚动角跟踪结果,有效提高了高速旋转载体用惯性导航系统对复杂力学环境的适应性与可靠性。

高动态旋转载体双天线卫星定位接收系统设计

旋转载体在飞行中一直处于高速运动和旋转的状态,载体姿态不断变化,要求天线在各个方向上具有较为均匀的幅值响应和相位响应,避免天线旋转造成的幅度调制和相位调制影响接收机锁定和跟踪信号。本文针对旋转载体的特殊环境,提出了一种可用于高动态旋转载体上的双天线卫星定位接收系统,并对其功能、组成及关键技术进行了详细的阐述和试验验证,该系统实现了高动态旋转环境下的稳定定位,为高动态旋转载体提供了一种经济实用的卫星定位技术。

载体旋转条件下GPS中频信号生成方法

GPS中频信号是分析研究GPS信号特点和捕获跟踪方法的关键环节,高动态旋转条件下得到GPS中频信号十分困难,需要利用仿真手段模拟生成。在综合分析卫星仰角、GPS天线增益以及空间载体旋转对GPS卫星可见性和GPS中频信号影响的基础上,导出了高动态旋转条件下GPS中频数字信号模型,提出了载体旋转条件下GPS中频信号的生成方法,并利用Matlab平台模拟生成了高动态旋转条件下GPS中频信号。该方法可用于高动态旋转载体的GPS轨迹测量方案设计验证,具有一定的理论价值和工程意义。

旋转多天线条件下导航解算方法

现阶段,一般采用多天线GPS接收机测量空间旋转目标。由于各天线安装位置不同,存在跟踪点不一致问题,影响了测量精度,有必要采取措施消除该系统误差。根据载体姿态信息,分析了旋转条件下天线安装位置与载体质心的位置速度关系,设计了旋转多天线条件下导航解算方法,将各天线观测值统一修正到载体质心,从而消除旋转条件下跟踪点不一致引入的系统误差。在载体姿态信息实时辅助下,该方法将天线安装位置不同引入的位置误差和速度误差分别减少至毫米量级和厘米量级,保证了高动态自旋载体测量精度。

旋转状态下的GPS信号跟踪性能

对于旋转载体采用圆柱共形微带天线更易实现对GPS信号稳定和连续的接收,然而接收得到的信号含有载体旋转引入的调制效应,对接收机跟踪环路提出了较高的要求。在考虑圆柱共形微带天线相位中心偏移的基础上,分析了载体旋转对GPS载波相位和频率的影响,研究了旋转状态下接收机跟踪环路的性能。仿真结果表明:为了减少旋转引入的动态应力误差,保持对GPS载波相位的稳定跟踪,必须相应的增大接收机跟踪环路的带宽,且旋转状态下二阶环路的跟踪性能要好于三阶环路。

单轴旋转航位推算系统姿态误差补偿方法

针对水下载体在航行过程中由于旋转引起导航定位误差问题,对旋转航位推算导航系统进行误差分析,采用姿态四元数法推导了姿态误差方程,并提出将加速度计信号周期性变化提取的姿态角作为量测的姿态误差补偿方法,利用Sage-Husa自适应滤波器估计姿态误差并进行补偿,从而抑制陀螺漂移的影响。通过不同路径下的仿真研究,表明该算法能够提高单轴旋转航位推算系统姿态解算精度,在400 s时,姿态角精度可提高40%以上,定位精度提高49%。

抗旋转BD接收机跟踪环路设计

在载体旋转情况下,接收机接收到的导航卫星信号会附加较大的多普勒频移,导致接收机跟踪性能下降,甚至失锁。针对这一问题,提出一种使接收机能正常跟踪载体旋转情况下导航卫星的设计方案。该设计在传统环路基础上加入辅助通道,实现载体旋转转速的实时估计以辅助环路跟踪。经过仿真验证,改进之后的环路能够有效降低载体旋转造成的不良影响,达到正常信号的跟踪效果。

旋转式过滤体颗粒捕集器流场分析

以颗粒捕集器旋转式过滤体为研究对象,建立了旋转式载体的多孔介质仿真模型,在此模型基础上研究了旋转式过滤体内部气-粒两相流的速度场及其影响因素,分析了排气流速、直径比、进气扩张角等参数对过滤体内流动均匀性和涡流损失的影响规律,并据此提出了优化准则。研究结果表明:当颗粒捕集器入口流速从20 m/s提高至80 m/s时,过滤体内气流流动均匀性会增加,但流场基本结构变化微小;当过滤体直径比在4~6之间变化时,其数值越大,过滤体表面的流动均匀性越差,过滤体利用率越低,当直径比继续增加到超过某一特定数值后,过滤体内流场分布基本不再发生变化;当进气扩张角在60°~120°之间变化时,扩张角越大,颗粒捕集器扩张管内越容易产生涡流,并首先在过滤体相对位置为0.8的地方产生,随着扩张角的增大,涡流强度和区域都会增大,减小扩张角可以减弱过滤体内进气回流现象,改善流场分布均匀性。