光纤陀螺敏感线圈的温度漂移特性与绕圈技术研究

敏感线圈的热非互易性是引起光纤陀螺温度漂移的重要因素之一，因而人们多采用四极对称技术（ＱＡＤ）绕制光纤线圈。本文结合光纤陀螺研制中的实际状态，对Ｍｏｈｒ温度模型进行了修正和推广，研究了非理想ＱＡＤ环圈结构的温度漂移特性。这对于光纤陀螺及其环圈的优化设计具有指导意义。     

基于多模型分段拟合的光纤陀螺温度误差补偿方法

传统光纤陀螺温度误差采用单一模型进行建模与补偿,存在模型适配性较差的问题。考虑到光纤陀螺在不同温度区间的温度特性存在明显差异,为提高光纤陀螺温度误差补偿精度,提出了基于多模型分段拟合的光纤陀螺温度误差补偿方法。设计了-15⁵0℃区间内温度实验,在大量实测数据分析基础上,将陀螺温度特性按照低、中、高三个温度区间,分别建立三种不同阶次的温度误差模型。采用分段拟合的方法进行误差建模,并利用所建模型对光纤陀螺进行了温度误差补偿。实测数据表明,提出方法能够有效改善光纤陀螺的温度漂移,补偿后漂移标准差减少66.67%。     

光纤陀螺热致漂移误差的模糊补偿(英文)

针对光纤陀螺启动过程中的热致漂移误差问题,研究了一种模糊模型补偿方案。依据Shupe非互易性理论和Mohr加热模型试验的结论,以光纤环内侧温度和温度变化率为输入,以陀螺漂移为输出,建立了二输入一输出模糊模型。利用全温范围(-25℃～45℃)内光纤陀螺的恒温静态试验数据,基于自适应神经网络模糊推理系统的自学习功能,辨识出模糊规则库。通过实时施行模糊推理可实现光纤陀螺温度漂移的在线自动补偿。室温验证试验表明,陀螺的零偏稳定性由补偿前的0.037(°)/h提高到0.017(°)/h,陀螺启动时间由补偿前的30 min减少为2 min。     

基于提升小波与灰色神经网络的光纤陀螺振动误差建模

光纤陀螺在振动环境下的输出具有噪声大、漂移强的特性,必须建立合理的振动误差模型,以便使用精确的算法进行补偿,从而提高光纤陀螺的输出精度。文中首先使用Allan方差分析法分析了某型号的数字闭环光纤陀螺在振动环境下的输出信号,随后利用提升小波分离出了光纤陀螺误差模型中的白噪声及漂移误差,并提出了基于灰色理论和RBF神经网络的漂移误差建模方法。仿真结果表明,相较于传统的RBF神经网络模型,基于提升小波的灰色RBF神经网络的漂移误差建模方法能有效滤除白噪声,并将漂移误差模型的建模精度提高了一倍左右。该方法能够有效提高光纤陀螺在振动环境下的输出精度,对光纤陀螺在振动环境下的误差研究具有重要指导意义。     

一种光纤陀螺温度误差分段补偿新方法（英文）

分析了光纤陀螺的温度特性,设计了大范围的温度测试,研究了不同温度和温度变化率对光纤陀螺输出的影响,研究了光纤陀螺在不同温度范围内的温度特性。为了提高温度误差补偿精度,根据陀螺温度特性将温度分为低、中、高三个区间,分别利用人工神经网络进行误差建模,提出了一种多模型分段拟合的新方法。根据建立的模型进行温度误差补偿,补偿结果表明,建立的模型能有效地减小了光纤陀螺的温度漂移,精度提高了一个量级。     

光子晶体光纤陀螺光纤环偏振特性

光子晶体光纤陀螺技术是解决光纤陀螺空间辐照及热漂移问题的重要技术途径,其中光子晶体光纤环是影响光纤陀螺性能的关键。仿真分析了光子晶体光纤的双折射与结构设计的关系,并计算了光纤的双折射和光纤环绕制过程引入的附加双折射的温度灵敏度,利用白光干涉仪,对光子晶体光纤环和普通的保偏光纤环进行了对比测试分析。试验结果表明,光子晶体光纤环具有较低的偏振特性温度灵敏度,双折射温度系数比普通保偏光纤低接近1个量级,引起的陀螺偏振误差也比普通保偏光纤环小1倍左右。试验结果验证了理论分析的正确性。     

BP-Bagging模型在光纤陀螺温度补偿中的应用

为了消除光纤陀螺的温度效应并提高陀螺的精度,BP神经网络模型广泛的应用在光纤陀螺的零偏温度漂移辨识和补偿中。然而,单神经网络模型的泛化能力差,影响模型的预测结果。结合神经网络集成学习的思想,利用Bagging集成技术产生差异大、预测能力强的个体网络,提升模型的预测能力。建立光纤陀螺零偏温度的BP-Bagging模型,将其应用在温度补偿中。通过对某型光纤陀螺的零偏漂移数据进行仿真,结果表明:BP-Bagging模型相比线性回归模型、单BP神经网络模型的补偿效果更显著,有效改善了陀螺的零偏稳定性能。     

光纤陀螺随机漂移建模与分析

光纤陀螺精度是惯导系统精度高低与否的关键因素,而减小陀螺随机漂移是提高其精度的重要手段.对陀螺输出数据中的随机漂移建立模型,在此基础上对陀螺数据进行滤波,可以有效提高光纤陀螺的输出精度,从而提高惯导系统的精度.本文通过大量实验建立了光纤陀螺随机漂移的ARMA模型,通过有效滤波对随机漂移进行滤除,并且对滤波结果进行Allan方差分析.分析结果表明,光纤陀螺输出信号中存在的主要误差源以及正弦噪声较滤波前明显减小到50％,有效地抑制了高频噪声,验证了光纤陀螺随机漂移建立模型的正确性.本文还设计了可视化软件,具有较高的工程意义.     

光纤陀螺信号处理方法的比较研究

给出了光纤陀螺信号漂移的数学模型，并针对信号噪声的特点，采用了“加权术平均”、“五点三次平滑算法”、“小波分析”三种不同的处理方法进行信号的消噪处理，通过对仿真结果的比较研究，肯定了小波变换算法在信号消噪处理中的适用性，并且编写了实时信号处理软件，提高了光纤陀螺的精度，为促进光纤陀螺的研制开发起到了积极的作用。     

光纤陀螺随机漂移补偿中的数据融合方法（英文）

为提高光电平台的控制性能和稳定性,以平台反馈回路所用的光纤陀螺传感器为研究对象,对光纤陀螺角速率的历史输出、当前量测以及随机漂移进行融合补偿。采用双自回归模型确定了光纤陀螺时间序列输出的自回归多项式和光纤陀螺随机漂移的自回归关系。以陀螺当前输出为量测量,结合卡尔曼滤波算法将陀螺历史输出和历史随机漂移融合进状态方程,并进行随机漂移在线估计补偿。实验结果表明,光纤陀螺随机漂移的AR模型能达到90%拟合效果,经卡尔曼滤波补偿后随机漂移能降到1/10。该方法能很好地抑制光电平台三个框架轴光纤陀螺的随机漂移,补偿率为80%~90%。     

向高精度发展的干涉型光纤陀螺仪技术

光纤陀螺仪是惯性系统中目前发展较快的全固态惯性敏感器.在光纤陀螺仪的发展过程中,先有开环式光纤陀螺仪用于战术级和大量民用,而后又发展成为全数字闭环干涉式光纤陀螺仪,逐渐用于导航级惯性系统.到20世纪90年代中期,人们看到了干涉型光纤陀螺仪的高精度发展潜力,开始了精密级光纤陀螺仪及其系统技术的研究工作.从发展角度看,高精度光纤陀螺仪将成为21世纪前期的发展重点.     

改善闭环光纤陀螺标度因数线性度的方法

当光纤陀螺的输入角速率较小时,其测量误差比较大,很难满足卫星等对测量精度要求较高的应用领域要求。文中主要从闭环反馈主回路探测器误差分析开始,分别从电子串扰、Y波导的非线性及D/A转换器的非线性等几方面,论述了在小角速率输入的情况下,分别对光纤陀螺标度因数非线性的影响,并且给出了改善的方法。试验结果显示,采取相应措施后,光纤陀螺的标度因数线性度有明显的提高。     

The analysis of two-dimensional two-phase flow in horizontal heated tube bundles using drift flux model

This paper presents the experimental study and numerical simulation of two-dimensional two-phase flow in horizontal heated tube bundles. In the experiments, two advanced measuring systems with a single-fibre optical probe and a tri-fibre-optical-probe were developed to measure respectively the local void fraction and vapor bubble velocities among the heated tube bundles. In accordance with the internal circulation characteristics of two-phase flow in the tube bundles, a mathematical model of two-dimensional two-phase low Reynolds number turbulent flow based on the modified drift flux model and the numerical simulation method to analyze the two-phase flow structures have been developed. The modified drift flux model in which both the acceleration by gravity and the acceleration of the average volumetric flow are taken into account for the calculation of the drift velocities enables its application to the analysis of multi-dimensional two-phase flow. In the analysis the distributions of the vapor-phase velocity, liquid-phase velocity and void fraction were numerically obtained by using the modified drift flux model and conventional drift flux model respectively and compared with the experimental results. The numerical analysis results by using the modified drift flux model agree reasonably well with the experimental investigation. It is confirmed that the modified drift flux model has the capability of correctly simulating the two-dimensional two-phase flow. Received on 3 September 1998     

用于火箭炮弹姿态测量的微机械陀螺初始热漂移建模

将微机械陀螺用于火箭炮弹姿态角的测量时 ,遇到的一个主要困难是火箭炮从接到发射指令到实施发射的时间间隔很短 ,大约只有几秒钟。而微机械陀螺从冷态到热平衡一般需要几分钟到十几分钟 ,因此必须对陀螺的热漂移进行补偿。本文研究了微机械陀螺的初始漂移 ,建立了微机械陀螺的初始漂移的数学模型 ,并给出了计算的递推公式。实验结果表明 ,本文给出的方法可以利用发射前的几秒钟的数据对微机械陀螺的初始漂移进行建模 ,并且能对发射后的漂移进行准确预报。     

惯导平台漂移误差参数辨识的实验研究

本文给出了某型号惯导平台漂移误差参数辨识的一个工程实例。平台上陀螺输出的零位误差和质量不平衡误差是引起平台漂移的主要因素。为此,我们建立起描述平台漂移的数学模型,取框架角的测量值做为系统的输出,框架角和误差系数都被定义成了状态变量,这样参数辨识问题就转化成了对状态的估计。为使各误差系数都能受到重力的充分激励和便于工程应用,实验中我们采用了六位置伺服状态测漂方案。实验结果表明,应用ＥＫＦ 可以获得较好的辨识效果,明显优于力反馈法和光点测漂法。     

Theoretical modelling of miniature loop heat pipe

Development in the design and thermal performance of the loop heat pipes (LHPs) demands the corresponding improvement in the theoretical modeling capabilities of these devices. In this paper, mathematical model for assessing the thermal performance of the miniature LHPs (mLHPs) on the basis of the operating temperature and thermal resistance of the loop has been discussed in detail. In order to validate the theoretical model, a mLHP with the flat disk shaped evaporator, 30 mm in diameter and 10 mm thick, was developed and tested with nickel and copper wick structure. By comparison with experimental results, it was found that the theoretical model was able to predict the evaporator temperature and loop thermal resistance very well and within the uncertainties imposed by the underlying assumptions. The mathematical model can be used to validate the design of the mLHP and verify whether the proposed design is consistent with the maximum heat load capacity required for the intended application. In addition to this, the model can assists in understanding and refining the outcomes of the experimental studies.     

基于温度变化Fourier展开的惯导航向效应补偿

航向效应对高精度空间稳定平台式惯性导航系统具有致命的影响。根据系统变航向导航试验数据,分析了变航向引起温度及平台漂移变化的作用机理,讨论了平台漂移变化与温度变化的相关性,进而提出基于温度变化Fourier展开的航向效应补偿方法。采用滑动最小二乘拟合导航误差的方法提取平台常值漂移的变化,并以此为观测量标定平台漂移的温度系数。最后,利用多组变航向试验数据对所述补偿方法进行验证,结果表明:平台常值漂移变化与温度变化基波分量的幅值具有强相关性,该补偿方法可将温度变化引起的航向效应误差降低40%~90%,具有较强的工程应用潜力。     

Finite Element Simulation of Hot Nanoindentation in Vacuum

A finite element model is developed to investigate technical issues associated with hot nanoindentation measurements in vacuum, e.g. thermal expansion-induced drift and temperature variations at the contact region between the cold indenter tip and hot specimen. With heat conduction properly accounted for, the model is able to reasonably reproduce experimental indentation measurements on fused silica and copper—two materials with significantly different thermal and mechanical properties—at several temperatures. Temperature and loading rate effects on thermal drift are established using this model and an analytical expression for predicting thermal drift is numerically calibrated. The model also captures details of the indentation process that are not directly accessible experimentally, and reaffirms the need for operational refinements in order to acquire high temperature indentation data of high quality, especially in a vacuum environment. Such information can guide experiments aimed at understanding thermally-activated phenomena in materials.