陀螺寻北仪二位置寻北方案

讨论了挠性陀螺寻北仪二位置寻北方案。二位置寻北方案是利用陀螺仪敏感在相差180°的两个方向上的地球自转角速率分量,准确解算出地理真北方向与陀螺轴向的交角,从而实现寻北的方案。该方案利用转位对消了陀螺的常值漂移,因此,大大降低了对陀螺精度的要求,已经成功的应用于我所研制的CFN系列寻北仪中。实践证明:对于双轴陀螺采用二位置寻北方案易于实现,精度较高。

采用旋转调制技术的高精度陀螺寻北方案

多位置寻北法只有在采样位置足够多的条件下才能有效地降低陀螺漂移、陀螺刻度系数误差等的影响,提高寻北精度。但要在规定的时间内完成较多位置的采样在工程实现上比较困难。为此利用先进的旋转调制寻北技术研制出了一套快速、高精度寻北仪,在原理研究的基础上探讨了系统主要误差源对寻北结果的影响。研制的样机在4 min内的寻北精度优于30″(1δ),在陀螺仪精度相同的条件下,较传统的方法大大提高了寻北精度。

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。

光纤陀螺寻北仪误差系统分析

为了提高光纤陀螺(FOG)寻北仪的精度,从陀螺仪平台调平误差、基座不稳定产生的误差、光纤陀螺(FOG)的漂移、陀螺仪转位误差等出发,对影响光纤陀螺寻北仪的因素进行了系统全面地分析,并进行相应的补偿,消除了大部分的误差因素,理论上能使寻北仪精度得到显著地提高。

基于抗差估计的快速动态寻北算法(英文)

陀螺寻北仪是一种精确、快速测定真北方位的仪器。主要特点是:定向精度高、测量时间短、在任何时间和地点(高纬度地区除外)都可以自主定向。然而,陀螺寻北仪易受异常因素影响,而使定向观测值产生异常。采用旋转调制方法,研究了以动调陀螺为角速率传感器的全姿态寻北仪。为了削弱动调陀螺的噪声对寻北精度的影响,基于抗差估计原理构造了高崩溃污染率的初值辅以IGGⅢ方案迭代解算的混合算法。计算结果表明:基于可靠初值和稳定均方差因子估值的抗差估计可以有效削弱异常干扰的影响。测试结果显示,在4 min之内系统的寻北精度优于1.5',远高于最小二乘估计得到的精度。

多位置寻北误差与陀螺数据采样时间的关系

为了在规定寻北时间内确定最佳采样时间和提高寻北精度,针对多位置陀螺寻北仪寻北误差与采样时间的关系问题,以FOG二位置寻北方案为例,采用FOG寻北误差理论推导结果与寻北实验结果相比较的方法,结合FOG数据的自相关性理论分析结果,分析得到了多位置寻北误差随采样时间的变化规律:随采样时间的增加,寻北结果会产生寻北精度不稳定、基本稳定、寻北精度较高和寻北误差增大等四种情况;分析了寻北实验误差小于理论计算结果以及寻北精度并非一直随采样时间增加而提高的原因;提出采样时间极限的概念,并得到实验样机采样时间极限为120 s;提出确定采样时间的原则和选择最佳采样时间的方法,这对多位置陀螺寻北仪设计和提高寻北精度具有一定指导意义。

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。

摆式陀螺寻北仪快速寻北的时差逆转点法

针对现有粗寻北方法时间长精度差的不足,结合时差法和逆转点法提出一种综合快速寻北的时差逆转点法。由陀螺仪常数及地理信息求出摆动周期,然后测量摆动曲线中一个逆转点和两个相关点的时刻与摆幅,代入时差逆转点法模型解算出真北方向。通过实验验证,测量时间短,精度优于传统粗寻北方法。结合积分法精寻北,在7min内,寻北精度达到7″。

光纤陀螺寻北仪连续旋转寻北方案及算法研究

为了有效地抑制光纤陀螺的零偏和随机漂移,进一步提高光纤陀螺寻北系统的精度和性能,研究并实现了基于连续旋转寻北方案的光纤陀螺寻北系统。提出了2种计算光纤陀螺敏感轴初始位置与真北方向夹角的寻北算法,并分别进行了讨论和分析。采用零偏稳定性为0.05°/h的闭环光纤陀螺进行寻北实验,在对采集到的光纤陀螺输出信号进行低通滤波处理后,分别使用2种算法解算寻北结果。实验结果表明,连续旋转方案的性能与旋转速率有关,提高转台的旋转速率虽然能有效地提高寻北速度,但同时会降低寻北精度;提出的2种算法都能有效实现快速、高精度地寻北;在不同初始位置上,当转台旋转速度为4°/s时,2种算法所需的寻北时间为90 s,算法1的寻北精度优于0.051°,算法2寻北精度优于0.046°。

炮用寻北方位测量系统

采用直流力矩电动机和数字控制技术,拖动一个装有挠性陀螺、石英挠性加表的转盘连续转动四个位置,测量每个位置上陀螺和加速度计的输出,从而计算出定位面和北向的夹角。推导了北向角计算公式、方位角增量计算公式,分析了系统组成,给出了原理框图。为了缩短寻北时间,克服地基抖动和风扰等影响,采用数字滤波、平稳过程建模、小波滤波、Kalman滤波等技术对陀螺信号进行预处理。试验证明:求平均和经典数字滤波可减小陀螺数据方差10倍左右,Kalman滤波可以减小30倍。目前该系统样机已经研制成功,控制器和计算平台采用PC104,显示器为可在野外使用的EL屏,4×4小键盘采用不锈钢防水设计,具有抗低温能力,系统内置GPS接受机、蓄电池,可实现野外定位定向自动化。测试表明:样机定向精度优于2 mil,定向时间小于2.5 min。

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。

对光纤陀螺寻北仪二位置寻北方案的改进

在传统二位置寻北方案基础上,针对光纤陀螺寻北仪提出了一种新方案。它将传统的水平面内旋转寻北改为竖直面内翻转寻北,所以不再需要像以往寻北仪那样在寻北时间和寻北精度之间进行折衷处理,可以在减少寻北时间的同时,提高寻北精度,并使寻北仪对光纤陀螺仪(FOG)和转台性能的依赖程度大幅降低。

全断面掘进机光纤陀螺捷联寻北系统

提出一种采用光纤陀螺捷联寻北系统来获得全断面掘进机机头方位角的方法,有效避免激光导向系统因机内不通视和粉尘烟雾等因素影响测量精度的问题。获取陀螺仪输出的地球自转角速度水平分量以及机载倾角仪输出的俯仰角与滚动角,通过坐标旋转变换进行陀螺敏感轴倾斜误差补偿,并利用地球自转角速度在载体坐标系各轴的分量构造公式消除纬度值,采用四位置寻北法计算出掘进机机头方位角。将系统安装于全断面掘进机中进行实验,得到寻北精度为0.07?,满足隧道施工要求。

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。

光纤陀螺寻北仪航向效应误差分析和补偿

在实际寻北过程中,寻北仪航向效应使寻北精度大大下降。在介绍光纤陀螺(FOG)寻北原理的基础上,提出大倾角下的光纤陀螺四位置寻北方法,对解算出的方位角进行了象限判别;从理论上分析了四位置寻北法在0°～360°范围内的航向效应,研究其误差补偿方法,得出陀螺仪敏感轴指向南北方向时寻北航向效应误差最大的结论。通过仿真验证了寻北方案、理论分析和补偿方法的正确性和有效性。

陀螺寻北仪的精度评定方法

寻北精度是陀螺寻北仪的主要技术指标之一，反映了寻北观测值相对其真值的离散度。当观测值遭受系统误差或粗差污染时，采用建立在观测值服从正态分布基础上的最小二乘精度模型，参数估值及精度评定会受到严重影响。为了完善陀螺寻北仪的精度评定方法，本文厘清了陀螺寻北仪的精度内涵，研究了顾及粗差影响的精度模型，提出了结合中位数估计与抗差估计各自优势的数据处理算法，使参数估计和精度评定更可靠、更有参考价值，可以作为考核、评定该类装备的重要依据。

基于MEMS陀螺的矿用新型钻机开孔定向仪研制

针对目前煤矿井下采用人工测量方法不准确和基于三轴光纤陀螺的钻孔定位成本较高等问题,设计了一种新型钻机开孔定向仪,介绍了仪器的总体方案及工作原理,搭建了基于MSG7100D-300陀螺和KXR94加速度计,以STM32单片机为CPU核心的硬件平台;系统采用静态四位置方法寻北方式及卡尔曼滤波的跟踪算法,有效地、快速地实现系统的测量。通过对原型样机的实验测试,结果表明,基于MEMS陀螺的钻机开孔定向仪其寻北时间、寻北精度以及动态测量精度,均满足了钻机开孔定向的指标要求及用户的实际需求。

一种纬度未知的全姿态光纤陀螺寻北方法

常规光纤陀螺寻北仪采用4位置法、多位置法和旋转调制法等,当基座有俯仰角或倾斜角时均需要输入测量地纬度才能完成寻北,这种要求已制约了寻北仪在快速机动的现代战争中的应用。根据地球自转角速率为常量的特性,通过在正交坐标系中"虚拟"天向角速率测量陀螺,提出了一种仅需一个光纤陀螺和一个加速度计通过三位置转位来实现全姿态寻北的方法,该方法使寻北仪在纬度未知时也可全姿态高精度寻北,并输出载体姿态角和测量地纬度值。经工程样机验证,使用0.02(°)/h随机游走的光纤陀螺和50?g零偏重复性的加速度计可达到0.06°的寻北精度。

寻北仪系统的挠性陀螺伺服电路设计

分析了挠性陀螺及其寻北原理,针对使用挠性陀螺作为敏感器件的寻北仪系统,提出了一种结构简单的陀螺伺服电路;对应给出的伺服电路原理图,分析了各个组成模块的功能;同时根据系统精度的要求及测试中发现的实际问题,通过采用补偿系统零位、选择合适采样电阻、增加延时电路等方法,可以实现减少放大器零偏对测量信号的干扰、较好地解决寻北精度与陀螺进动角速度之间的矛盾、提高系统的可靠性和稳定性等目的;实验证明在样机上改善效果显著。