基于Allan方差的光纤陀螺零偏不稳定性研究

光纤陀螺Allan方差零偏不稳定性表征了光纤陀螺的1/f噪声或其它低频漂移,表征了光纤陀螺在惯性导航系统中的应用性能。因此,对Allan方差零偏不稳定性进行研究具有重要意义。本文对Allan方差零偏不稳定性进行了理论分析和实验验证,并采用了提高Allan方差零偏不稳定性的技术措施。测试结果表明:该技术措施可以明显提高光纤陀螺Allan方差零偏不稳定性。

基于微小型稳定平台的MEMS陀螺信号调理电路设计与测试

为提高MEMS陀螺的使用精度,基于微小型稳定平台应用背景设计了高精度MEMS陀螺信号调理电路,实验表明该电路提升了陀螺仪的使用精度。设计的调理电路采用高速24位Δ-Σ型A/D转换电路和高精度差分放大器对陀螺信号进行处理。基于MEMS陀螺仪搭建了两轴陀螺组件,并将两轴陀螺组件安装于高精度三轴转台,进行测试。采集MEMS陀螺模拟输出和数字输出数据,分别进行Allan方差分析。结果表明:该调理电路使X轴MEMS陀螺零偏不稳定性指标提升13.63%,Y轴MEMS陀螺零偏不稳定性指标提升19.347%。

高结构对称性微半球陀螺设计与制造

针对陀螺高精度小型化需求,该文设计了一种微半球陀螺结构,建立微半球陀螺三维有限元模型,研究了微半球谐振子结构对称性对陀螺性能的影响规律。提出了谐振子圆度及1~4阶质量不对称误差的评价方法,实现了谐振子制造工艺优化,优化后的谐振子圆度误差≤2μm,在此基础上研制了微半球陀螺样机。结果表明,封装后陀螺样机的周向品质因数(Q)值分布为(9.024~9.183)×10^(5),均匀性为±0.87%;速率模式下,陀螺量程为±20(°)/s时,陀螺零偏不稳定性为0.0138(°)/h,角度随机游走为0.0068(°)/√h,展现了高结构对称性微半球陀螺的性能潜力。

利用Allan方差进行光纤陀螺测试

设计了一种基于Allan方差的5阶样条拟合的方法,用于测定光纤陀螺的随机游走系数、零偏不稳定性、速率斜坡、量化噪声、速率随机游走等参数,并基于LabVIEW开发了可视化数据采集程序,对KVH公司生产的E.Core 2000型光纤陀螺进行测试。结果表明,该方法简化了光纤陀螺参数测试流程,提高了测试精度。

MEMS陀螺随机误差的实验测试分析

为了减少微机械陀螺(MEMS)的误差并提高其精度,利用Allan方差法分析了MEMS陀螺的随机误差。介绍了Allan方差法的有关概念和计算方法,分析了MEMS陀螺的随机误差特性,通过对实测数据的分析处理确定了陀螺的误差系数,并与技术文档中给出的参数比较,对陀螺精度进行了评价。

基于Allan方差的MEMS陀螺仪随机误差分析方法

MEMS陀螺随机漂移误差是制约惯性导航精度的主要原因,本文通过Allan方差分析方法,得出MEMS陀螺随机漂移误差主要来源以及各种误差的性能参数.该方法为分析陀螺性能指标、提高惯性导航精度奠定了基础.本文介绍了Allan方差定义,陀螺各项随机误差与Allan方差的关系,搭建了MEMS陀螺组件,通过高精度转台实验静止采集陀螺仪数据.利用Allan方差分析得出MEMS陀螺各项随机误差性能指标,验证了该方法的可行性.

基于带通滤波器的惯性元件随机噪声逼真模拟方法

逼真模拟数据对于惯导算法研究与测试具有重要意义。针对传统惯性元件模拟方法存在误差较大、逼真性不足的问题,提出基于带通滤波器的惯性元件随机噪声逼真模拟方法。在驱动白噪声生成宽带角度/角速率随机游走、零偏不稳定性噪声基础上,根据各随机噪声频率分布特点,应用带通滤波器抑制带宽外噪声相互影响,然后再将各类随机噪声合成惯性元件主要随机噪声。以MEMS IMU型号ADIS16480为被模拟对象开展数值模拟实验,结果显示,相对于传统数值模拟方法,提出的方法不仅大幅度提高了零偏不稳定性噪声模拟精度,改善幅度达到50%,而且可实现三类主要随机噪声逼真模拟。

一种基于集成光学芯片的微小型光纤陀螺

针对海陆空天领域对微小型光纤导航元件的需求,提出了一种基于集成光学芯片的微小型光纤陀螺。首先,给出了兼具光源、探测器、耦合器的集成光学芯片设计方案,根据光子噪声计算出陀螺的精度极限;随后,基于集成光学芯片、微型化环圈和小型化检测电路,搭建成功微小型光纤陀螺样机,陀螺整机尺寸仅为35 mm×35 mm×35 mm;最后,对陀螺样机进行了性能测试,陀螺测试零偏不稳定性达到了0.072°/h。虽然与基于分立光学器件的传统光纤陀螺相比,精度上还存在一定差距,但是通过集成光学芯片性能的进一步优化,未来有望满足微小型光纤陀螺的应用需求。

高精度微机电陀螺研究现状与发展趋势

微机电陀螺具有体积功耗小、重量轻、成本低等优势,在工业与国防装备中广泛应用.高精度的微机电陀螺可提升多类装备、平台姿态测控精度,有望解决无人车、无人机等装备在复杂环境下的自主导航问题,发展前景广阔,因而始终是惯性领域的热点研究方向之一.但是高精度微机电陀螺研制面临的技术挑战同样十分巨大,本文首先梳理了高精度微机电陀螺的结构演变规律,并将其分为质量块式结构以及旋转对称式结构进行了性能分析与对比.接着针对微机电陀螺表头品质提升问题,总结了微谐振结构的品质因数提升方法以及频率修调方法,然后按照速率模式、速率积分模式以及频率调制模式介绍了高精度微机电陀螺控制技术研究现状.最后,本文对高精度微机电陀螺的发展和应用趋势进行了展望.

核磁共振陀螺信号仿真及噪声分析

核磁共振陀螺具有体积小、精度高、功耗低等优势,有望成为下一代惯性导航系统的核心部件,目前正受到人们的广泛关注。比较全面的介绍了核磁共振陀螺的基本理论,在此基础上利用时间离散化方法推导并建立了能够充分考虑核磁共振陀螺系统动态特性的仿真模型。利用该模型研究分析了锁相环相位、磁场、温度以及探测光强在1×10-5均方根幅度下均匀白噪声对陀螺信号的影响,发现它们对角随机游走、零偏不稳定性影响依次减小,且都具有自身独特的频率响应特性。其中,锁相环相位噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为5.1985×102(°)/h1/2、3.4593×103(°)/h,而探测光强噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为3.1623×10-1(°)/h1/2、4.7603×10-1(°)/h。该研究对深入分析核磁共振陀螺动力学机理、寻找主要噪声来源、提高陀螺性能具有重要意义。