直升机光纤陀螺IMU抗振设计及实时滤波方法

振动引起光纤陀螺(FOG,Fiber Optic Gyroscope)零偏误差,非线性、非高斯随机噪声及由其组成的惯性测量单元(IMU,Inertial Measurement Unit)非互易性解算误差,针对直升机航向姿态测量误差问题,提出了一种FOG IMU的机械减振与数据滤波相结合的振动抑制方法,建立了FOG IMU减振装置数学模型,通过优化设计实现线、角运动通道振动解耦,从物理上消除外界高频干扰振动源;研究实时小运算量、低时延数据滤波方法,抑制减振装置谐振干扰和惯性器件噪声,进而减小捷联解算非互易性误差.实验结果表明:采用该方法能有效地抑制外界干扰振动和系统噪声,保证FOG IMU工作稳定性和精度,为研制应用于直升机的高性能航姿导航信息与航向姿态参考系统奠定基础.

闭环 FOG 的自诊断及在 RSDIMU 中的应用

首先阐述了闭环干涉型光纤陀螺（ＩＦＯＧ）中回路的特点，揭示了它的自诊断能力．由此给出了一种具有自诊断能力的闭环干涉型光纤陀螺并将它应用于一种容错捷联惯性测量单元（ＲＳＤＩＭＵ）中，针对该单元，设计了一种容错算法．该算法除了利用陀螺的输出外，还引入了它的自诊断信息，从而实现了仪表级的信息冗余，使这种ＲＳＤＩＭＵ的容错能力由原来的故障运行（ＦＯ）故障运行（ＦＯ）故障安全（ＦＳ）上升到ＦＯＦＯＦＯＦＯＦＳ．用Ｍａｒｋｏｖ可靠性估计模型对该系统的估计表明，其可靠性也有了很大的提高．

一种光纤IMU的双轴非定向标定方法

针对光纤惯性组件确定性误差的特性,建立了标定的数学模型。由于光纤组件标度因数的非线性,使用多项式误差模型替代了经典的常数误差模型。基于建立的模型提出了一种双轴转位机构动静态混合标定方案,使用八位置静态标定方法标定陀螺零偏,采用三轴12个速率的旋转标定方法标定陀螺标度因数误差和非正交耦合误差。针对加速度计采用二十四位置的重力场静态翻滚标定方案,最后使用多项式拟合的数据处理方法计算和补偿光纤惯性组件的标度因数误差。通过实验和补偿结果表明,此方案有效标定了光纤惯性组件的各项确定性误差。

三轴一体IMU组件中光纤环热分析

对某型号三轴一体光纤陀螺捷联惯导系统建立有限元模型,从结构角度分析了惯性测量单元(IMU)中光源和加速度计等发热模块对光纤环温度场分布的影响。分析研究IMU组件在22℃常温稳态下的传热规律,表明光源与加速度计等热源所产生热量将不以传导方式在箱体与IMU台体之间传递,对流与辐射传热对IMU温度分布影响较大;光源为主要热源,是造成Y,Z轴光纤环温度分布不均匀的主要原因;加速度计发热将影响X轴光纤环温度分布。通过+60℃高温瞬态热分析,研究光纤环在极端环境下温度变化规律,表明系统在极端环境下随着温度上升而温度梯度递减,光纤环瞬态温差增大。稳态和瞬态热分析可指导惯导系统IMU部分结构热设计的改进。

一种基于双轴位置转台的IMU快速标定方法

为了简化标定设备,降低标定成本,该文研究了利用双轴位置转台进行光纤陀螺惯组混合标定的可行性。通过分析加速度计和陀螺的标定原理,提出了一种快速六位置标定方案。利用地球重力加速度和自转角速度对加速度计和陀螺进行误差激励,完成标定。首先建立了标定模型,其次设计了位置编排方案,最后进行了实验验证。实验结果表明,快速六位置法能实现加速度计和陀螺误差参数的快速标定,其中标度因数的标定精度与传统方法基本一致,安装误差和常值漂移的精度相对于传统标定方法有所降低,但满足低精度的光纤陀螺惯组的使用要求;同时,与传统标定方法相比,其标定时间由4.5h减少至2h。

李家峡400 MW蒸发冷却水轮发电机定子新型光纤测温实施

李家峡5号机在设计施工时采用了大量创新性技术。在机组定子绕组、铁芯等关键区域采用了光纤温度监测,实现了水轮发电机定子区域从“电测温”到“光测温”的升级,尤其是定子绕组全部采用了新型可更换式测温结构,在行业中尚属首次。介绍了李家峡5号机光纤温度监测的技术方案及施工工艺,并总结了大型水轮发电机组采用光纤测温实施调试过程中须注意的要点,可为后续项目采用此类技术提供参考。

全方位光纤测温在丰满水电站的应用

丰满水电站首次在发电机组转子上使用光纤测温技术,实现水轮发电机组全方位光纤测温的实际应用。文章介绍了水轮发电机组常用的测温方式和光纤测温的优势,围绕丰满水电站发电机组光纤测温系统组成,介绍实际应用中各部件测点,分析安装使用过程中容易出现的问题和目前的使用效果,为日后水电站或抽水蓄能机组光纤测温技术应用起到借鉴作用。

光纤陀螺技术及应用

简单回顾了光纤陀螺30年的技术研究和应用情况;介绍了光纤陀螺的基本原理,总结了光纤陀螺的特点和关键应用技术;以光纤陀螺在光电探测和卫星观测系统中的应用为主要背景,详细介绍了具有代表性的LN200系列光纤陀螺惯性系统的技术特点和应用情况;同时介绍了光纤陀螺在机载红外前视、红外天体观测平台和高精度对地观测卫星中的典型应用,为光纤陀螺在相关领域的应用提供了参考和依据。简单总结了我国光纤陀螺的发展和应用情况。经过30年的发展,光纤陀螺及相关技术已达到很高的水平,已成为惯性系统的主流和首选仪表。

光纤陀螺测斜仪数据采集及传输单元设计与实现

针对基于惯性测量原理的光纤陀螺测斜仪对传感器检测数据的实时、可靠性等技术要求,设计了基于FP-GA+DSP的高速、多通道、可编程数据采集单元,实现了多传感器数据实时采集。并依据系统通讯特点,通过数模结合方法实现了以双极性归零码为编码方式的通讯传输单元。给出了采集及传输单元的软硬件设计方案。现场下井实验数据表明,该数据采集及通讯单元工作稳定、实时性好,误码率小于10-5,达到了测斜仪可靠工作的要求。

光纤陀螺惯性测量组合的数字温控系统设计

光纤陀螺惯性测量组合的测量精度会受到环境温度变化的影响。采用温度控制手段能够有效解决这一问题。提出了一种基于分级控制、分段控制和闭环控制思想的温控方案,并在此基础上设计了一种DSP+FPGA架构的数字温度控制电路,实现了温控电路的整体结构和工作流程,说明了以Fuzzy PID算法为核心的温度控制算法原理。试验结果表明,系统具有速度快、精度高等优点,为解决惯性测量组合启动后缩短惯性器件热平衡过程,迅速进入稳定工作状态提供了一种实用方法,也为类似的惯性测量组合温度控制系统提供了有益参考。

自主式光纤陀螺油井测斜仪

简要介绍了光纤陀螺原理,分析了光纤陀螺应用于油井测斜的优点。研制了基于惯性测量技术的光纤陀螺测斜仪,它是一种不依赖任何外部设备,完全自主且实时快速的井眼轨迹测量仪器。样机实验结果表明:该仪器能够实现全方位测量,满足石油测井要求。

高精度光纤陀螺组件标定方法

为了提高光纤陀螺组件的标定精度,从三轴惯导测试转台技术指标入手,根据惯导测试转台定位精度高的特点,设计了六位置静态分立式标定方案.通过设计一定的标定路径,利用地球转速和当地地理纬度,激励出陀螺的标度因数、安装误差和零位等12个参数,新的标定方案避免了标度因数和安装误差对零位的影响.对自研光纤陀螺捷联惯导系统在三轴惯导测试转台进行传统标定和六位置静态分立式标定,并将标定结果用于静态导航实验,多次实验结果表明,与采用传统标定结果的导航定位误差相比,采用六位置静态分立式标定结果的导航定位误差显著降低.

基于故障树的多光纤陀螺冗余系统可靠性分析

多光纤陀螺冗余系统的可靠性分析是惯性测量系统健康状态管理中的一个关键问题。针对传统可靠性分析方法没有考虑共因失效以及在考虑共因失效后难以得到可靠度解析解的问题,提出通过一种多Beta因子模型描述多光纤陀螺冗余系统中的共因失效现象,并采用故障树分析方法定量评估常用多光纤陀螺冗余系统的可靠性。算例分析表明,不考虑共因失效或采用简化的共因失效模型会得到相对乐观的可靠性分析结果,从而增加系统失效的风险,因此需要采用多Beta因子模型。采用多Beta因子模型后,通过故障树定量分析方法得到了典型系统可靠度的解析解,结果令人满意。

光纤陀螺在航空武器装备中的应用及前景

介绍了光纤陀螺的原理和优点,对其在航空武器方面的应用,特别是在机载惯性导航和机载战术导弹、以及在火力控制系统和航空弹药制导等方面的应用作了较为全面的评述,并对光纤陀螺在航空武器方面的应用前景作了预测。

捷联式光纤陀螺罗经系统误差分析

对采用光纤陀螺的捷联式罗经系统进行了研究.提出了使用惯性组件旋转调制技术提高光纤陀螺捷联式罗经系统精度的方法,分析了罗经系统的误差特性.针对旋转组件的误差,在系统初始对准过程中,应用限定记忆的Kalman滤波进行状态估计,提高了对准精度.静止基座的初始对准仿真结果表明,航向失准角估计误差均方差为0.159°.

光纤陀螺时滞环节的实时补偿技术

光纤陀螺已广泛应用于光电跟瞄设备的稳定回路,但其内部信号处理和传输延迟所造成的时滞环节却对稳定回路可实现的带宽设置了约束条件。在比较了有限记忆滤波、卡尔曼滤波和最小二乘法三种补偿方法基础上,采用最小二乘法对光纤陀螺的测量输出进行预测用以补偿其时滞环节。针对光纤陀螺测量要求和时滞特性,分析了影响补偿精度的因素,试验了不同的最小二乘法拟合多项式次数的补偿结果。实验结果表明,采用5点4次外推2点的最小二乘法即能在200Hz的频率范围内,使光纤陀螺的时滞环节得到较好的补偿。

基于惯性导航和里程仪的煤矿采掘设备定位

分析了国内外煤矿惯性导航技术的研究和应用情况,指出惯性级光纤捷联惯导技术适用于煤矿采掘设备定位;将惯性导航和里程仪相结合进行协同定位和导航,利用里程信息对惯性导航测量数据进行校正,以提高定位导航精度;给出了惯性导航动态初始对准方法,惯性导航与里程仪协同定位具体方法,以及用于误差估计、修正和补偿的卡尔曼滤波方程。实验结果表明,采用惯性导航与里程仪协同定位技术后,工作面直线度测量最大误差为90mm、平均误差为60mm,高程测量误差为20mm,符合工作面直线度测量精度要求。

LAMOST光纤单元定位参数研究

大天区多目标光纤光谱天文望远镜LAMOST是世界上光谱获取量最大的望远镜,4000个双回转光纤单元的精确定位是关键因素之一。根据对星像观测的要求以及单元的定位方式,确立了所需的7个定位参数,研究了在复杂现场环境下获取定位参数的具体流程和可行性算法,包括光重心法、摄像机快速标定算法、基于最小二乘拟合圆算法、空间坐标旋转算法等。通过模拟星像观测仿真测试和现场星像试观测证明,定位参数精度能很好地满足观测需求。目前LAMOST望远镜观测光谱获取率已达到90%以上。

基于李代数的人体手臂惯性动作捕捉算法

为了实现实时人体手臂动作捕捉,提出了一种利用惯性传感器实现人体手臂动作捕捉的方法.利用惯性测量单元(IMU)解算出的四元数信息,得到手臂腕部、肘部和肩部关节点的位置.将惯性数据通过蓝牙无线通信方法传到上位机.采用具有毫米级动作捕捉精度的OptiTrack光学动作捕捉设备,得到人体手臂的位置数据,并将其作为基准位置数据.将IMU坐标系下解算出的位置信息变换到OptiTrack坐标系下进行对比.结果表明,该方法适用于自由活动环境下的动作跟踪,具有较高的动作捕捉精度.

一种新型智能光纤传感器的研制与应用

光纤传感技术是一种新型的传感技术,目前已受到国内外广泛重视而得到高速发展。光纤液位变送器具有高精度、高可靠性,不受电磁干扰等优点,特别是在防爆要求非常高的油气集输领域,它的无电检测、光信号传输完全消除了不安全的因素,为易燃易爆场所提供了安全可靠的检测仪器。