消除FOG-ARW对初始对准影响的研究

光纤陀螺(FOG)作为光学惯性敏感器,与传统机械陀螺相比,具有角度随机游走(ARW)等一些特有的性能指标,ARW对导航系统性能具有重要影响。从光纤陀螺的光路、电路结构分析随机游走产生的机理,并从数学的角度阐述角度随机游走的定义;分析角度随机游走对初始对准的影响;提出利用卡尔曼滤波器有效消除角度随机游走对初始对准影响的方案并通过仿真验证了此方案的有效性。

长航时惯导系统的随机游走误差传播规律及抑制方法

角度随机游走(angle random walk,ARW)误差已成为制约长航时惯性导航系统精度的主要因素。为了减弱ARW对系统精度的影响,针对初始对准和长航时导航两个方面研究误差传播规律及抑制方法。仿真结果表明:ARW直接影响方位对准精度,在长航时的导航中,游走系数N所产生的速度振荡幅值与60N的常值漂移大致相当,姿态振荡误差中的24 h周期因素更为关键,ARW产生的经度误差发散项均方差随时间的平方根增长;系统可采用卡尔曼滤波削弱ARW所造成的对准误差,通过水平阻尼方法可以消除由ARW引起的位置误差中的振荡项。

光纤陀螺角度随机游走对惯导系统影响

光纤陀螺角度随机游走(ARW)作为光学陀螺特有的性能指标,对导航系统性能具有重要影响。文章阐明了ARW物理含义、产生机理;推导了ARW对惯导系统初始对准和导航过程的影响。仿真结果表明,ARW影响系统初始对准时间;对短时间导航系统性能影响较严重,随导航时间增加,误差呈舒拉周期振荡增长。

MEMS微陀螺仪研究进展

回顾了MEMS微陀螺仪的研究进展,简单介绍了MEMS微陀螺仪的市场应用。微陀螺仪是MEMS器件中非常重要的一类器件。它的运用已经从单纯的航空领域逐渐转向汽车、消费电子行业等低端市场,这意味着微陀螺仪除了传统意义上的高精度高稳定性的要求,也可以向低精度商品化发展。传统的振动式陀螺,由于原理的局限性和加工技术的限制,很难达到战术级和惯性级的要求。导航级集成微陀螺(NGIMG)项目建议使用其他途径,以减少器件的可移动部件和降低工艺难度,从而提高其精度和抗干扰能力。各种设计方法近年来层出不穷,其中悬浮转子式微陀螺是目前精度最高的陀螺仪,微集成光学式陀螺也将在未来一段时间拥有巨大的研究潜力和发展空间。

高精度光纤陀螺光源强度噪声的抑制

掺铒超荧光光纤光源的光源强度噪声是影响高精度光纤陀螺随机游走系数的主要因素。为了降低陀螺随机游走系数,进一步提高陀螺精度,提出了一种抑制光纤陀螺光源强度噪声的方法。利用耦合器两个输出端输出光的相关性,将两束光转换为电信号送入FPGA中,用数字电路相减法实现光源强度噪声的抑制。通过Allan方差法对抑制前后陀螺输出数据的分析结果可以看出,采用数字相减法可以有效的抑制光纤陀螺的光源强度噪声,角随机游走系数与抑制前相比减小33%。该方法与以往的方法相比,具有工程实现简便、可靠性高、维护容易等优点。

激光陀螺角随机游走分析方法

本文简要介绍了国外用于评价激光陀螺角随机游走特性的三种方法 ,并通过实验具体研究三种方法的实用性 ,分析其物理含义 ,比较用它们估算激光陀螺角随机走系数 ( RWC)的实际效果 ,指出了每种方法的不足和适用范围。

光纤惯导角度随机游走误差传播特性研究

角度随机游走是光纤陀螺的一个重要技术指标,也是高精度光纤惯导系统的一项重要误差源。为了深入了解角度随机游走误差对系统精度的影响,从统计角度研究了该误差在导航过程中的传播特性。通过将角度随机游走对系统的影响等效为不相关的随机脉冲序列激励下的系统输出,推导了角度随机游走作用下导航误差的理论公式并进行了仿真验证。结果表明,所给出的理论表达式能够很好地描述角度随机游走误差的传播规律。通过解析表达式,可以在任意时间段对任何一只陀螺角度随机游走造成的系统误差进行定量分析,这对于系统性能评估、误差分析和设计工作都具有重要意义。

光纤陀螺仪测试研究

论述了光纤陀螺仪测试系统的组成。对光纤陀螺仪的偏值稳定性、输入轴失准角和随机游走系数等进行了测试和分析，对陀螺仪随机漂移模型进行了辨识，分析了转台误差对陀螺仪输入轴失准角测试精度的影响．所得结论为陀螺仪生产工艺的改进。

基于Labview实现二频机抖激光陀螺角随机游走系数的计算

国军标法和Allan方差法是目前用于计算二频机抖激光陀螺角随机游走系数最常用的两种方法,基于Labview对两种方法分别编程并予以实现,计算结果表明两种方法计算出来的结果几乎相等,具有等价性;但在数据处理的过程中发现用国军标法得到的拟合系数有时为负,针对这一现象通过理论分析发现目前数据处理方法的不完善是导致国军标法拟合系数有时为负的根本原因,对现有方法提出改进并基于Labview编程实现,实验结果表明:改进后的数据处理方法不仅解决了国军标法拟合系数有时为负这一问题,而且拟合误差降低了近一个数量级。

工作电流对二频机抖激光陀螺角随机游走影响的研究

理论上分析了二频机抖激光陀螺中由量子噪声和抖动噪声产生的角随机游走的影响因素;讨论了工作电流对量子噪声、比例因子的影响;根据陀螺参数定量的估计了抖动噪声产生的角随机游走的数量级。实验结果表明:电流在全测量范围内对陀螺比例因子的影响约为5ppm;对于本单位自行生产的二频机抖激光陀螺来说,由抖动噪声产生的角随机游走是总角随机游走的主要贡献者,比量子噪声产生的角随机游走大约高一个数量级。

区间正交小波变换域FLP算法及其在捷联寻北中的应用

针对机抖激光陀螺角随机游走和发动机干扰等影响静态捷联寻北精度的问题,提出了一种新的基于区间正交小波变换的前向线性预测算法。该算法利用前向线性预测技术以及区间正交小波变换抑制边界效应的能力,有效地减小了角随机游走和发动机干扰。车载实验证明该算法的有效性。

基于滑动滤波技术的激光陀螺评价方法

激光陀螺是一种以量化脉冲的形式输出角增量的数字传感器,量化误差如同白噪声一样影响着激光陀螺的测试精度。为了准确评价激光陀螺的性能,减少量化误差对激光陀螺测试数据的影响,本文应用滑动滤波技术对激光陀螺采样数据进行滤波处理,理论分析及实验结果表明,该方法有效地降低了量化噪声从而实现了对激光陀螺的准确评价。

光纤陀螺仪在稳定平台上的应用

讨论了一种由两个光纤陀螺与两个石英加速度计构成的两轴稳定平台,着重对光纤陀螺在稳定回路中应用进行了分析与设计,并针对光纤陀螺较为特殊的随机游走误差对稳定系统的影响进行了分析。

基于自适应卡尔曼滤波的光纤陀螺噪声系数估计方法

针对Allan方差法确定光纤陀螺ARW(angle random walk)噪声系数的一些不足,如大量存储数据、非实时处理、计算量大、耗时长等,提出了基于自适应卡尔曼滤波的光纤陀螺ARW系数在线估计方法。在角度随机游走、零偏不稳定性、角速率随机游走等主要噪声数学特性分析基础上,建立了光纤陀螺现代状态空间噪声误差模型,基于新息自适应卡尔曼滤波量测噪声协方差阵的迭代计算,实现光纤陀螺ARW系数的在线、实时估计,从而避免了存储大量历史数据,显著地减小了计算量,缩短了陀螺数据处理时间。数字仿真试验和光纤陀螺实测数据试验结果均验证了本文方法的可行性和有效性。

基于ALLAN方差的MEMS随机误差项辨识

分析了Allan方差与MEMS陀螺的随机误差项的关系,介绍了Allan方差图的产生方法,并利用一组MEMS陀螺数据得到了allan对数-对数曲线图;提出了一种新的直线拟合的方法,拟合出不同斜率的三条直线,并以此为依据求得对应MEMS陀螺的三种随机误差,经过与传统的最小二乘拟合方法进行比较,确立了这种方法的可行性。

基于随机角度的增强型源位置隐私保护协议

在目标监测型无线传感器网络中,针对源节点位置隐私保护中存在的安全性和能耗不均衡问题,在幻影路由的基础上,提出了一种基于随机角度的增强型源位置隐私保护协议EPURA。EPURA运用划分幻影源子区域和随机角度相结合的方法来选择幻影节点,通过给节点设置可视区标记字段来避免损耗路径的产生,激发位的设置又能在很大程度上减少幻影节点到基站的重合路径。MATLAB仿真表明,与已有的源位置隐私保护协议相比,EPURA在增加少量通信开销的基础上,能够有效地增加传感器网络的安全时间。

光纤陀螺相对强度噪声光谱调制抑制法的研究

相对强度噪声是影响高精度光纤陀螺角随机游走系数的主要因素。分析了相对强度噪声的产生机理,推导了相对强度噪声功率谱密度函数与光源的功率谱密度函数之间的关系:当光源的功率谱密度函数呈周期性变化时,相对强度噪声的功率谱密度函数在其周期的整数倍时达到最大值;在其半周期的奇数倍时降为最小值。根据这个特点在光源和光纤环之间增加一个光滤波器对光谱进行调制使之呈周期性变化,调制周期设为光纤陀螺方波调制频率的2倍,从而可以抑制干涉信号检测带宽内的相对强度噪声。并通过仿真对比分析了马赫-曾德尔滤波器和布里-珀罗滤波器的调制效果,仿真结果表明:马赫-曾德尔滤波器能将角随机游走系数降低3d B;布里-珀罗滤波器可以将角随机游走系数降低约12d B。

MEMS陀螺仪ΣΔ闭环系统优化设计

为解决传统ΣΔ闭环控制系统存在的量化增益不可控问题,设计了基于3-level量化技术的改进系统;针对此系统应用于微电子机械系统(MEMS)陀螺仪时引入的非线性反馈误差,提出了一种调整反馈脉冲宽度的矫正技术;并基于课题组研制的新型类蛛网环式谐振陀螺仪验证了改进系统的实用性。首先采用Simulink建立了四阶机电耦合ΣΔ系统等效模型,理论分析与仿真结果表明,3-level量化技术在降低量化噪声的同时解决了量化增益不可控问题,进而有效提高了陀螺仪量程和噪声水平性能。然后基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)设计制作了相应的数字测控电路,实验结果显示,陀螺仪的角度随机游走由0.094°/√h降低为0.062°/√h,量程由100°/s提高到130°/s,系统性能得到了有效提升。

随机游走对罗经方位对准的精度影响分析

分析了随机游走对罗经方位对准的影响,通过罗经方位对准的频域误差传递函数,求出时域的单位脉冲响应函数,进而推导出该系统在白噪声驱动下的时域表达式,最后求出该表达式的统计特性,其标准差即为随机游走对罗经方位对准的误差公式。通过分析误差公式可知,罗经方位对准的精度与随机游走系数成正比,还与设置的半个二阶阻尼振荡周期的平方根成反比。当陀螺随机游走一定时,单纯的通过延长对准时间并不能提高对准精度,还需要延长二阶阻尼振荡周期,数值仿真验证了所提观点的正确性。

陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响

采用旋转调制技术可以抑制惯导系统误差随时间发散的趋势,然而,随机误差是限制旋转惯导系统精度继续提高的因素之一。对于高精度应用领域,陀螺角度随机游走误差也是惯导系统设计时考虑的因素。本文从对准和导航2个过程出发,研究陀螺角度随机游走误差对惯导系统的影响,结合激光陀螺实测数据进行艾伦方差分析,并利用实测结果进行仿真验证。结果表明,陀螺角度随机游走引起惯导系统振荡误差,0.0005°/√h的角度随机游走导航7天引起的位置误差大约1.3 nm。