Key Problems of Mechanically Dithered System of RLG

Mechanical dither is widely applied to reduce ‘lock in’ of the ring laser gyroscope (RLG) based on the principle proposed by Sagnac in 1913. This article reviews recent developments in the field for the optimal design of the dither mechanism that decides the effect of bias to some extent. The proper dither signal and its control directly influence dither efficiency. Stable and accurate error compensation can further improve the performance of RLG. Some proposals are then made for future research in the field.

激光捷联惯性导航系统动态锥动误差建模分析

提出了一种机抖激光陀螺的锥动误差参数建模与补偿方法。首先从机理上分析了锥动误差产生的原因,利用有限元分析方法给出了在不同外界角加速度输入下激光陀螺敏感轴的变形情况;建立了锥动误差的补偿模型,将锥动误差的影响用锥动误差系数表示,该系数仅和激光陀螺自身相关;设计了锥动误差系数的系统级标定方案,利用圆锥运动前后系统的姿态误差与锥动误差系数的关系完成参数标定。然后通过激光陀螺和光纤陀螺的圆锥运动实验,证明了锥动误差的存在;通过系统级的圆锥运动实验,证明了锥动误差的补偿效果。最后通过系统级的振动试验,验证了本文提出的锥动误差补偿方法能够有效地减小振动环境下系统的姿态和速度误差,对提升惯导系统在复杂力学环境下导航精度有着重要作用。

机抖激光陀螺温度场的有限元模拟与实验

为了研究机抖激光陀螺内在热源对陀螺性能的影响,利用有限元分析软件ANSYS建立了机抖激光陀螺的温度场模型,对有限元模型进行了温度场仿真分析。描述了有限元模型的简化方法,介绍了材料热参数的处理及热生成率和换热系数的计算方法,最后给出了机抖激光陀螺的稳态温度场1h和3h的瞬态温度场分布,指出了机抖激光陀螺的最高、最低温度分布区域及温度梯度分布情况。设计了高精度的铂电阻测温电路,其测温精度为0.005℃,仿真与实验对比结果表明,计算误差优于2%,验证了模型的正确性和合理性。本文的研究方法可为陀螺盒体内部测温点的选取提供指导意见,有助于提高机抖激光陀螺的温度补偿效果。

激光陀螺抖动偏频优化研究

基于频率调制理论,分析、仿真计算了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下,激光陀螺输入-输出曲线的特点.结果表明:正弦抖动偏频时激光陀螺的输入-输出曲线在抖动频率的倍频点处存在着动态锁区,其宽度与激光陀螺静态锁区、抖动角振幅有关.采用优化后的正弦抖动偏频可以很好地克服动态锁区,大大提高激光陀螺输入-输出曲线的线性度.试验对比了正弦抖动偏频和优化后的正弦抖动偏频条件下激光陀螺的输出性能.试验结果表明:采用优化后的正弦抖动偏频显著提高了陀螺准确度.

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。

机械抖动激光陀螺抖动机构的设计

抖动机构设计是机械抖动激光陀螺研制的关键技术之一。本文对抖动机构的设计方法进行了研究 ,并设计了一种实用的抖动机构。实验表明 :该机构的体积 ,刚性 ,谐振频率 ,灵敏度 ,热膨胀 ,偏频量及偏频稳定性等方面都符合抖动偏频的要求。

机抖激光陀螺压电陶瓷驱动器参数设计

为了消除闭锁效应,激光陀螺常采用机械抖动偏频方案,利用压电陶瓷驱动器来驱动谐振腔绕垂直于环路平面的轴线快速来回转动。在考虑压电陶瓷驱动器的情况下建立了抖动结构的理论模型,对抖动频率进行了理论分析,给出了抖动频率的解析解。建立了机抖激光陀螺的有限元仿真模型,进行了模态分析,通过与扫频试验结果对比,理论分析计算误差为5.68%,有限元分析计算误差为1.04%,验证了模型的合理性和精确性。分析了压电陶瓷驱动器参数(厚度、宽度)对谐振频率的影响规律,为机抖激光陀螺的研发和设计提供参考依据。

机抖激光陀螺安装盒优化设计

为获得更轻型有效的机抖激光陀螺安装盒结构,同时保持相对稳定的动力学特性,在现有型号基础上研究了机抖激光陀螺安装盒的优化设计方法。利用ANSYS10.0软件建立了机抖激光陀螺及安装盒的有限元模型,利用Block Lanczos Method进行模态求解,得到结构的各阶谐振频率。以安装盒质量为优化目标,同时以静力学、动力学和其他要求作为约束条件,采用序列二次规划法对机抖激光陀螺安装盒进行了优化设计。通过优化设计,在满足一阶谐振频率不变、二阶以上谐振频率值下降不小于50 Hz的设计要求下,安装盒质量由0.590 kg减小到0.394 kg,减少了33.2%;同时其静强度安全系数由原来的3.73提高到3.96,提高了6.2%。详细地研究了安装盒几何参数(R,L,W,T1,T2)对机抖激光陀螺的影响规律。该优化设计方法提高了机抖激光陀螺安装盒设计的可靠性和效率,对机抖激光陀螺整体优化设计有重要意义。

二频机抖激光陀螺抖动频率与温度关系的研究

针对激光陀螺的零偏受温度影响较大,为提高陀螺精度,研究了二频机抖激光陀螺抖动频率与温度之间的关系。通过大量的重复性高低温实验,证明了抖动频率与温度的线性关系,并得到了拟合直线表达式。结果表明,抖动频率与温度具有较好的线性关系,抖动频率可作为温度测量的计量,而且具有较好的重复性。由于测量抖动频率的精度较高,故由抖动频率测量温度具有很高的分辨率。同时用抖动频率对陀螺的零偏进行补偿,提高了陀螺的精度。

机抖激光陀螺抖动控制环路频率特性的校正

针对所研制的机抖激光陀螺抖动控制环路带宽不够的情况,运用相位超前校正方法对环路实行校正,在保证稳定裕度和稳态精度的情况下,将环路带宽提高7倍。

改善机抖温度特性提高激光陀螺精度的方法研究

建立了激光陀螺机械抖动装置的仿真模型,研究了机抖温变特性对激光陀螺输出特性的影响。针对传统抖动控制器的缺陷,提出了一种具有温度补偿作用的机抖自激振荡电路,改进的抖动控制器利用场效应管线性工作区来实现稳定抖动速率的目的。仿真实验结果表明:补偿电路能较好地保持机抖抖动速率的稳定性,从而有效地提高了激光陀螺的检测精度和温度稳定性。

机抖温度特性对激光陀螺零偏稳定性的影响

机抖机构是一个工作于谐振状态的精密机电元件,当环境温度发生变化时,机抖的抖动偏频量将发生变化,这将引起角度随机游走误差的变化,并导致激光陀螺的零偏稳定性变差。本文推导了机械抖动激光陀螺的抖动速率与激光陀螺输出误差的关系表达式,提出了均方意义下的等抖动速率控制保持激光陀螺零偏稳定性的方法,并且通过实验具体研究了电磁式机械抖动装置的温度特性及其对激光陀螺零偏稳定性的影响。仿真实验与实测数据结果表明:在全温度范围内保持机抖机构抖动速率的一致性能有效地提高激光陀螺的零偏稳定性。

基于人工鱼群算法的机抖激光陀螺温度补偿

温度是影响激光陀螺精度的主要因素之一,对温度引起的机抖激光陀螺漂移进行精确建模,对提高激光陀螺捷联惯导系统的精度具有十分重要的意义。介绍了机抖激光陀螺的温度特性,建立了基于改进人工鱼群算法(Improved Artificial Fish Swarm Algorithm,IAFSA)的机抖激光陀螺温度补偿模型,给出了IAFSA建模的详细步骤和方法,对传统的逐步回归方法和IAFSA进行了比较。结果表明:IAFSA可以对温度引起的激光陀螺漂移进行精确建模,补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.001 85(°)/h,比传统的逐步回归方法建模精度提高了15.5%,得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿,设计了两种典型的温度试验,获得了满意的补偿效果。

机械抖动偏频激光陀螺静态测角方法

阐述采用机械抖动偏频激光陀螺进行静态角度测量的原理,分析测角随机误差与激光陀螺角随机游走系数、测量时间的关系,通过转台分度误差实验验证了测角随机误差公式。采用排列互比法对测角系统误差和转台分度误差进行分离。实验与理论分析表明,静态测角方法具有良好的环境适应性和稳定性,测角随机误差优于0.26″,系统误差优于1″。最后分析了进一步减小测角随机误差和系统误差的措施。

机抖激光陀螺的实时数据检测及压缩处理

首先推导了一种对捷联惯导系统中机械抖动激光陀螺的原始高速采样数据进行预测的方法,然后讨论了根据此方法对激光陀螺的原始采样数据进行检测处理的过程。在实现对抖动幅度和抖动之间的干扰进行监控的同时,实时判断原始采样数据中的异常值,并用接近真实的值去替代异常值,提高了捷联系统的可靠性和容错能力。最后,详细介绍了利用此数据预测方法和Golomb编码对惯性器件的采样数据进行无损压缩与处理的步骤。此数据检测和压缩方法已经在实际捷联惯导系统中得到了验证,实现了对机科激光陀螺原始采样数据的监控和传输保存,在增强了系统可靠性的同时方便了试验数据的分析和处理。

配重式激光陀螺机械抖动系统的实验研究

针对研究的RLG ,为了满足应用要求 ,按照配重式抖动偏频方案 ,设计了一套机械抖动系统 ,设计抖动频率为 3 44.16Hz。有限元计算结果表明 ,抖动系统模态分布合理 ,强度足够。实验结果表明 ,实测抖动频率为 3 16Hz ,与设计值相差约 8.2 % ,在误差范围内 ,证明设计过程和方法是正确的 ;3 0分钟内 ,抖动频率和幅度 (RMS值 )的稳定度分别优于 0 .0 5 %和 5 % ;抖动系统受水平方向上的基础振动影响较大 ,但抖动信号仍然良好 ,满足应用要求。

激光陀螺机械抖动环控制电路误差分析

机械抖动机构是激光陀螺仪中的一个精密机电元件,为了提高陀螺的精度,消除抖动偏频的动态闭锁误差,需要对抖动环的误差进行分析,并对该环节进行检测。通过对抖动环的误差、随机噪声的分析研究,给出了抖动环的测试方案,并用单片机实现了伪随机码产生的方法,通过理论分析说明减少各个环节的误差的重要性以及加入随机噪声可以有效地消除动态锁区的原理。

基于Multisim的机械抖动陀螺抖动环控制电路仿真分析

机械抖动机构是抖动偏频激光陀螺仪中的一个精密机电元件,为了提高陀螺的精度,消除抖动偏频的动态闭锁误差,需向正弦信号中注入随机噪声,使抖动幅度在一定范围内随机变化,达到消除动态闭锁误差的目的。通过Multisim软件对加入噪声以及锁相器的抖动环控制电路进行仿真分析,仿真结果得到了改进电路后抖动电路的驱动信号。

机抖激光陀螺误差输出特性的分析

抖动机构作为机抖激光陀螺的关键环节,其参数的选择直接影响着机抖激光陀螺的误差输出特性.为了在陀螺设计时选择最佳抖动参数,提高机抖激光陀螺的测量精度,根据抖动偏频的基本原理,对抖动参数对机抖激光陀螺的偏置误差、刻度因子误差、角度随机游走误差的影响进行了深入分析.结果表明:机抖激光陀螺的偏置误差随着抖动幅度的减小而减小;在一定范围内刻度因子误差随着抖动幅度的增大而增大,超出这个范围随着抖动幅度的增大而减小;减小抖动角幅度可减小角度随机游误差.

环形激光陀螺数字抖动偏频技术研究

激光陀螺一般在外部采用模拟调幅方式进行抖动加噪,通过变压器实现功率驱动。变压器体积大,驱动电路复杂,文中设计了一种基于FPGA的脉宽调制(PWM)抖动偏频系统,能够在激光陀螺内部实现抖动驱动和随机噪声注入,解决了激光陀螺数字化必须解决的关键技术。仿真和实验证明该方案能够满足激光陀螺抖动偏频系统的要求。