光纤陀螺寻北仪多位置寻北误差分析

在建立光纤陀螺(FOG)寻北仪误差模型和FOG误差模型的基础上,从理论上分析了FOG和加速度计的零偏、FOG零漂、地速和地磁场随方位的变化等对FOG、FOG寻北仪的影响以及FOG寻北仪产生多位置寻北误差的原因,并提出了减小多位置寻北误差的方法。最后,在FOG寻北仪中进行了实验,实验证明了理论分析的正确性和所采用的方法的有效性。

光纤陀螺寻北仪四位置转位机构设计及其控制

光纤陀螺(FOG)寻北仪利用光纤陀螺敏感地球自转角速率的水平分量,经解算获得载体参考轴与北向的夹角。转位控制方案设计是寻北仪系统设计中一个极其重要的环节,转位机构的转位精度必须满足寻北的精度要求。该文详细介绍了光纤陀螺寻北仪转位机构设计、实现途径以及对寻北精度的影响。实验证实采用多位置转位机构达到了系统寻北的精度要求。

双轴倾角传感器的设计与实现

光纤陀螺(FOG)寻北仪是利用FOG在相对地球静止时感测到的地球自转角速率在光轴上的分量特性而设计的寻北系统。固定陀螺的基座不水平时,对寻北精度会产生较大的影响。为了检测基座平面的姿态角,并对陀螺的输出值进行补偿,研制了高精度的双轴倾角传感器。该倾角传感器采用双轴石英挠性加速度计作为检测元件,通过采样加速度计在相差180°的2个方向上的输出值,精确地解算出基座平面的姿态角,并消除了加速度计偏值的影响。系统简单,容易实现,且达到了较高的测角精度。

单轴光纤陀螺寻北仪

光纤陀螺寻北仪采用单光纤陀螺和双加速度计组合技术方案,通过二位置法测量消除了光纤陀螺的常值漂移和加速度计偏值的影响。通过增加一个从初始位置逆时针旋转90°的采样位置,实现了全方位寻北。为了消除静基座寻北时基座扰动对寻北精度的影响,基于抗差估计理论采用了高崩溃污染率的初值辅以IGGⅢ方案迭代解算的混合新算法。系统简单,容易实现且性能稳定。测试结果显示在5min之内寻北精度小于3′。

光纤陀螺寻北仪数据采集单元的设计与实现

针对捷联惯性光纤陀螺寻北仪中惯性器件动态测量范围宽及系统对实时性、可靠性和精度要求高的特点,设计了基于FPGA的高速、多通道、可扩展数据采集单元,实现多传感器数据实时采集。同时,由于用FPGA集成了寻北仪系统主要的I/O操作,从而使系统CPU能更专注于方位角解算算法,保证了寻北的快速性,并为执行更复杂的算法提供了有利条件。本文给出了系统软硬件设计方案,实验及实际应用表明,该数据采集单元工作稳定,实时性好,达到了设计指标。

陆用光纤陀螺寻北仪误差特性研究

针对陆用武器对高精度寻北定向的要求,本文以高精度光纤陀螺寻北仪为研究对象,基于光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺的误差特性,从理论上对光纤陀螺寻北仪寻北误差进行了分析,提出寻北仪主要包括系统误差和器件误差两个方面的误差源,并分别对不同误差源引起的寻北误差进行推导,得到光纤陀螺寻北仪寻北精度主要受陀螺零偏漂移、安装误差和转台测角精度决定的结论。对光纤陀螺寻北仪各误差源引起的寻北误差进行仿真试验,试验证明了理论分析的正确性。

寻北仪中光纤陀螺斜坡漂移估计与比较

寻北仪中光纤陀螺信号中的斜坡漂移是影响寻北精度的因素之一。对信号中的斜坡漂移部分,采用抗差估计拟合其系数再对其进行补偿;对信号中残留的噪声项以及干扰项,在不同情况下比较了直接平均、抗差估计和小波滤波三种方法的处理效果。算例结果表明:对信号中的斜坡漂移进行补偿,可以显著提高寻北精度;当无异常干扰时,采用小波滤波效果较好;当有异常干扰时,采用抗差估计效果较好。

光纤陀螺惯导系统温度建模与补偿技术研究

工作环境温度的变化使光纤捷联惯导系统内部惯性器件产生了温度漂移,严重影响了系统输出精度。该文从便于工程实现角度出发,设计了一种基于光纤陀螺和石英加速度计温度漂移建模与补偿的方法。建模过程中参数取值通过转台试验获得。验证试验结果说明了建模与补偿的正确性与实用性。

基于光纤陀螺的教学实验寻北仪

光纤陀螺可测量沿其轴向转动角速度,利用此功能通过四位置法可以实现寻北、实验室所在纬度以及地球自转角速度的测量.本文介绍光纤陀螺寻北仪和四位置法的工作原理.另外还介绍了寻北仪的实验装置和基本操作过程,以及对数据的处理方法.

光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案

介绍了光纤陀螺寻北的基本原理,分析了基座的倾斜误差对寻北精度的影响。基座平面绕垂直于陀螺轴的倾角将直接引起一个同样量级的方位角测量误差,从而在较大程度上影响寻北精度。基座平面绕陀螺轴的倾角对方位角测量的影响小,在一些寻北精度要求不高的场合,可以忽略该倾角的影响。最后介绍了光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案。二位置寻北方案利用光纤陀螺对相差180°的两个方向上的地球自转角速率水平分量的敏感,精确地解算出地理真北方向与陀螺轴向的夹角。系统简单,比较容易实现。

陀螺寻北仪中测量信号的在线建模与滤波

针对光纤陀螺寻北仪中光纤陀螺(FOG)和加速度计的随机误差,采用改进型二阶自回归AR(2)模型,在线建立了光纤陀螺和加速度计随机误差模型。根据该模型,建立了FOG陀螺寻北仪的12阶Kalman滤波器,实现了两个FOG和两个加速度计测量信号在寻北过程中的实时滤波。仿真、Allan方差分析与寻北试验结果表明:FOG信号中随机游走、零偏不稳定性、变化率随机游走、变化率斜坡和量化噪声五项噪声源误差系数都小于滤波前的二分之一;在减小光纤陀螺和加速度计测量信号中的随机误差,提高其精度的同时,FOG寻北仪的寻北误差减小了0.3 mil。

光纤陀螺寻北方案的比较

本文介绍了光纤陀螺寻北的基本原理和几种主要的寻北方案，并对几种寻北方案进行了比较分析，认为二位置寻北方案利用转位消除了陀螺的常值漂移，可降低对陀螺精度的要求，是一种易于实现的方案。二位置寻北方案利用陀螺敏感在相差1800的两个方向上的地球自转角速率水平分量，精确地解算出真北方向与陀螺轴向的夹角。

光纤陀螺寻北仪的转位控制方案设计与实现

光纤陀螺寻北仪利用光纤陀螺测量地球自转角速率的水平分量来获得被测点的北向信息，利用加速度计测量固定陀螺的基座的倾斜角度，经过解算得到载体的参考轴与真北方向的夹角。转位控制方案设计是寻北仪系统设计中一个极其重要的环节，转位机构的转位精度必须满足陀螺寻北的精度要求。文中详细介绍了光纤陀螺寻北仪的组成、转位控制方案设计及其实现途径。实验证实采用光电编码器作为直流电机位置控制的反馈元件的转位机构达到了系统寻北的精度要求。

二位置寻北仪中光纤陀螺输出信号的处理

针对二位置寻北仪在不同环境下的工作，对光纤陀螺输出的信号进行了分析。从工程应用的角度出发，选取了较优的数据处理方法——抗差估计法，并通过实验及统计分析选取了适合光纤陀螺信号特点的IGGⅢ权函数的临界值。该方法提高了寻北精度，缩短了寻北时间，改善了寻北仪的性能。

ARMA模型在光纤陀螺惯导系统寻北中的应用

在光纤陀螺捷联惯导系统寻北过程中,光纤陀螺的随机漂移是影响其精度的重要因素。论文提出了一种建立三阶自回归模型AR(3)方法,实现了高精度FOG捷联惯导系统静态输出信号的在线建模,并采用强跟踪卡尔曼滤波技术进行误差的实时滤波。寻北试验结果表明,寻北精度有了明显的提高,从而验证了方法的可行性,具有工程实用性。

基于光纤陀螺寻北仪转位系统的模糊免疫自适应PID控制

研究基于四位置寻北方案的光纤陀螺寻北仪的转位控制技术,论述增量式PID、模糊自适应和免疫反馈机理3种控制算法。为了提高转位精度,综合这3种控制算法,设计一种模糊免疫自适应PID控制器,对寻北仪的转位系统进行精确控制。研究结果表明:与传统PID控制算法相比,该方法将寻北精度提高到0.015o以内,实现了对转位控制快速精确的稳定调节,提高了光纤陀螺寻北仪的寻北精度。

移动电子设备用光纤陀螺寻北仪

介绍了一种用于移动电子设备的光纤陀螺寻北仪,它立足于国内现有条件,使用光纤陀螺作为测量元件,采用单陀螺四位置法、卡尔曼滤波器来减小随机漂移和常值漂移的影响,准确地解算地理真北方向与陀螺轴向的夹角。介绍了光纤陀螺及寻北仪的工作原理及实际应用。实践应用表明,移动电子设备因外界风力变化而引起载体挠动时,光纤陀螺寻北仪仍具有较高的寻北精度,可以满足相应寻北精度要求的军事和民用目的。

某型炮兵气象雷达探测系统自动寻北标定仪关键技术分析

论文介绍了某型炮兵气象雷达探测系统概况,并对自动寻北标定仪进行了简单介绍。提出陀螺漂移和噪声是影响寻北精度的主要因素,数据采集单元的性能是决定系统性能的重要因素之一,转位控制方案设计是寻北系统中一个极其重要的环节。文中对解析式寻北原理进行了介绍,对几项关键技术进行了详细分析,并实践证明该寻北仪各项指标达到了设计需求。

一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法

基于旋转调制技术,提出一种利用单轴陀螺及单轴加速度计的寻北方法。该方法利用旋转过程中俯仰角和滚动角存在相互转换的特点,用单个加速度计的输出结果补偿初始滚动角及俯仰角的影响。通过设定中间变量建立起旋转过程中角速度及加速度与初始纬度及航向角之间的关系,建立以中间变量、陀螺漂移和加速度计零偏为状态量的卡尔曼滤波误差模型,并使用中间变量经过公式计算获得初始纬度及航向角的数值,实现单轴陀螺仪及单轴加速度计连续旋转的寻北计算。该方法不需要初始纬度信息和精确调平,即可完成寻北,具有简单、实用、可靠性高、成本低等特点。利用随机游走为0.001(°)/h^(1/2)的光纤陀螺设计原理样机进行5min寻北试验,寻北精度可达0.5mil(1σ)。

单轴光纤陀螺寻北仪四位置寻北误差分析

基于光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺的误差特性,从理论上对光纤陀螺寻北仪寻北误差进行了分析,提出寻北仪主要包括系统误差和器件误差两个方面的误差源,并分别对不同误差源引起的寻北误差进行推导,得到光纤陀螺寻北仪寻北精度主要受陀螺零偏漂移、安装误差和转台测角精度决定的结论。对光纤陀螺寻北仪各误差源引起的寻北误差进行仿真实验,在考虑系统误差的条件下,0.01°/h精度的光纤陀螺寻北误差最大可达0.045°,实验结果证明了理论分析的正确性。