基于双轴旋转惯导的激光陀螺仪与g有关偏置自标定法

标定激光陀螺仪与g有关偏置可以进一步提高双轴旋转惯导的定位精度。在传统的六位置标定方法上增加四个倾斜的位置,形成一套十位置自标定算法。该算法不仅可以标定惯性器件的常值偏置,比例因数误差和失准角,还能标定陀螺仪的与g有关偏置。静态试验表明,在标定和补偿了陀螺仪与g有关偏置项后,经纬度误差(尤其是经度误差)随着时间的变化量明显减小。与传统的六位置法相比,经度误差随着时间发散速度明显降低。该自标定法在静态时至少可以提高50%的系统精度。     

基于D-最优的惯性平台自标定方案设计

惯性平台自标定的标定方案设计目前多是依靠经验人为设计,而没有比较系统的标定方案设计方法,为解决此问题,提出了一种基于D-最优理论的惯性平台自标定方案设计方法。首先分析给出了包含36个待估计参数的平台系统误差模型;然后以陀螺仪和加速度计的输出模型为回归模型,将惯性平台自标定看作一个广义的多元回归问题,以D-最优理论为优化准则,提出了并行设计和串行设计两种标定方案设计思路。将得到的优化方案与传统的十六位置标定方案进行了仿真对比分析,仿真结果表明:优化方案的陀螺仪误差系数、加速度计误差系数和加速度计安装误差系数标定相对误差都在1%以下,与传统十六位置标定方案的标定精度相当;但优化方案的陀螺仪安装误差标定相对误差在5%左右,远远优于传统十六位置标定方案25%的相对误差;而且优化方案的标定位置更少,能够减少标定时间,验证了标定方案设计思路的正确性。     

低成本IMU的多位置旋转现场标定方法

针对低成本IMU的系统误差难以现场快速标定问题,提出了一种无需任何外部设备辅助的多位置旋转现场标定方法。该方法通过比力加速度与重力建立加速度计的误差模型,基于动态旋转以及标定后的加速度建立导航方程实现陀螺仪误差建模,使用改进的LM算法,实现低成本IMU误差参数的快速标定。实验结果表明:该方法可以有效地标定出加速度计和陀螺仪的安装误差、缩放因子和零偏误差,极大地简化了标定的过程,标定补偿后的IMU原始数据质量大幅提高,在100 s的静态导航试验中,x、y、z的定位精度分别从2541.547m、895.191m、7267.507m提升至80.229m、41.430m、99.832m。     

液浮陀螺仪在双轴离心机上的标定方法

为提高双轴离心机上液浮陀螺仪的标定精度,对双轴离心机的误差进行分析并有效分离,根据双轴离心机的结构特点和工作方式建立坐标系,讨论了离心机误差和陀螺仪相关误差模型系数的关系,同时完善了陀螺仪在双轴离心机标定过程中的误差模型。考虑到在离心机中标定的可靠性和实效性,根据陀螺仪的标定模型提出了九姿态试验法,采用最小二乘法对陀螺仪误差模型参数的辨识。最后,分析了两轴线平行度、两轴角位置不同步误差对液浮陀螺仪误差模型系数标定精度的影响,通过仿真分析验证了标定方法的有效性。仿真结果表明,误差模型系数辨识的精度可控制在模型系数的13.2%以内,另外,相对于速率追踪模式,相位追踪模式能有效降低角位置不同步误差对标定结果的影响,部分误差模型二阶项系数的标定精度可提高。     

在反转平台离心机上标定陀螺仪的误差模型系数的方法

为了准确标定陀螺仪的静态误差模型系数,在带反转平台的精密离心机上建立坐标系,并在考虑离心机误差源的情况下分析了坐标系间的姿态关系.推导出了陀螺仪各轴上精确的角速度输入和比力输入标称值,再结合陀螺仪静态误差模型推导出含有陀螺仪漂移系数的各次谐波幅值表达式.通过离心机提供两个不同谐波加速度,采集陀螺仪各采样时刻的输出,对输出应用谐波分析法求得0-2次谐波幅值大小,再根据谐波幅值与漂移系数之间的关系,利用最小二乘法辨识各漂移系数.试验仿真表明采用带反转平台的离心机对陀螺仪漂移系数标定时可以有效规避某些离心机误差,离心机误差对于DI、Ds、DIO和Dos等参数的标定有很大影响,须在补偿离心机误差的情况下才能够实现精确标定.     

转台角位置基准误差对激光捷联惯导标定的影响分析

研究了利用三轴转台标定时,转台角位置基准误差对激光捷联惯导系统标定精度的影响.从理论上推导了转台角位置基准误差与激光捷联惯导系统标定结果之间的数学关系,得到以下结论:北向以及水平基准误差对陀螺仪零偏与标度因数的标定影响较小,对陀螺安装误差系数的标定影响较大,当误差角为1°时,标定误差将达到0.33×10-3 (′/s)/P;北向基准误差对加速度计标定结果的影响很小,而水平基准误差对加速度计的标定影响较大.仿真与标定实验均验证了理论分析的正确性,因此标定实验前转台的调平、对北工作是必不可少的.     

基于浮子运动的三浮陀螺仪工作温度标定方法

针对三浮陀螺仪工业生产过程中,工作温度标定方法精度低、耗时长的问题,提出了一种以"浮子运动趋势拐点"作为判据的工作温度标定方法。首先对三浮陀螺仪磁悬浮标定温度进行可行性分析,然后建立陀螺仪浮子受力模型以归纳浮子运动规律,借助磁悬浮控制系统提供的浮子位置信息提出本方法。试验结果表明,该方法工作温度标定精度优于±0.02℃,较现行的"最小加力法"提高15倍以上,平均耗时缩短一半。     

无陀螺仪惯性系统构型中安装误差分析与标定

针对一种立方构型的无陀螺仪惯性系统，分析了构型安装误差对惯性系统测量精度的影响及构型误差的标定方法。首先分析了立方构型下载体姿态与加速度的解算方法，然后给出了安装误差对于系统输出的影响，最后通过分析安装误差的敏感性因子给出了一种有针对性的标定方法。理论分析与仿真计算表明，惯性系统角速度与线速度输出是加速度计输出的线性组合，构型安装误差对无陀螺仪惯性系统测量精度的影响非常明显，在给出的标定方案中，方向安装误差标定精度较位置安装误差要高，而且转台角速度对位置安装误差的标定精度影响很大，对方向安装误差影响较小；无陀螺仪惯性系统中安装误差不可忽略，必须进行标定，据此提出的一种标定方案简单、切实可行。     

激光陀螺捷联惯组的无定向快速标定技术研究

为了实现激光陀螺捷联惯测组合的高精度快速测试,分析了制约标定时间的诸多因素,改进了测试编排,提出了一种无定向条件下的快速标定技术。通过分析转台轴正角度误差、角位置控制误差对标定精度的影响,改进了速率标定方案,同时提出了一种六位置无定向快速标定方法。时序上充分利用了激光陀螺启动迅速、稳定快、线性度好的特点,在加速度计加温稳定过程中进行速率标定。此外,六位置无定向位置标定可用于全温度范围的快速标定,具有重要的工程应用价值。实际测试结果表明改进的标定方法准确度与传统的高精度标定方法相当,但测试时间由原来的4.5 h缩短到50 min,极大地提升了测试效率。     

陀螺仪壳体翻滚控制系统的分析与实验研究

为提高陀螺仪的精度,应用了壳体翻滚技术补偿与壳体有关的常值漂移误差,设计了一种基于TMS320F2810的直流无刷伺服电动机的位置控制系统。文中介绍了壳体翻滚系统的组成与原理,提出了一种轨迹规划的算法,分析了被控对象的特性,应用库仑摩擦模型补偿系统摩擦非线性,并对控制系统进行建模与仿真。实验分析表明壳体翻滚在匀速阶段速度为34～35 pulse/s;角度跟踪误差小于0.5%。文中以DSP TMS320F2810为核心实现两路壳体翻滚装置的数字控制,控制系统满足了陀螺仪壳体翻滚的技术指标要求。     

小型化光纤陀螺的轴向磁场误差特性建模方法探讨

小型化光纤陀螺的主要特点是光纤环径向尺寸逐步缩小,而轴向尺寸逐步增大,由此导致轴向磁场误差成为影响小型化光纤陀螺精度的重要因素之一。以小型化光纤陀螺轴向磁场误差特性为研究对象,依据光纤环中光纤的四极对称排列结构,提出轴向螺旋角展开分析法,利用Jones矩阵分别构建保偏型光纤陀螺及消偏型光纤陀螺的传输矩阵及轴向磁场误差模型,探讨光纤扭曲应力寄生圆双折射、轴向尺寸等因素与非互易性Faraday磁场相位误差的关系,得出光纤陀螺轴向磁场漂移误差的数学描述,以此为理论依据,探讨小型化光纤陀螺的轴向磁场误差因素,并提出相应的措施。     

基于压力相移辅助的超流体陀螺

超流体陀螺是新一代惯性传感器,面临的关键问题是:在幅值锁定控制系统中,热相移的注入存在较大延时,引起其动态测量性能急剧下降。为此,在研究了超流体压力相移产生原理的基础上,提出采用静电力产生压力差的方法,并根据超流体的理论,构建了压力相移的数学模型。为解算角速度,提出了基于压力相移辅助的算法,锁定了超流体相移。仿真结果表明,基于该方法,超流体陀螺测量角加速度变化的信号时,测量误差减小了约一个数量级。因此,超流体陀螺的动态性能得到了很大改善,测量精度有了显著提高。     

旋转-静止混合对准方案在旋转火箭弹中的应用

由于成本考虑,旋转火箭弹捷联惯导系统中使用中低精度陀螺,利用传统的初始对准方法,对准精度难以满足要求。针对旋转火箭弹的特点,提出了一种旋转调制的非线性对准方法,利用该方法,Y轴和Z轴陀螺的随机漂移得到调制,从而提高了对准精度。针对单纯旋转调制对准无法精确估计陀螺漂移的缺点,提出了一种旋转—静态混合对准方案,利用旋转调制的对准结果,在静止段对陀螺漂移进行精确估计。仿真结果表明,由两个精度为0.2(°)/h和一个精度为0.01(°)/h的陀螺组成的捷联惯导系统,在230 s内对准误差小于0.05°,同时可准确估计出三个陀螺的漂移。该方案具有一定的工程实用价值。     

一种新型MOEMS陀螺的提出及理论分析

提出一种新型的光路结构，构成利用空间光路的干涉式MOEMS陀螺。介绍了此种陀螺的基本原理，并从提高基本探测极限的角度，对此种空间光路的各种参数进行了理论分析，提出了设计思路和方法。指出了此种陀螺的特点及其应用领域。     

陀螺仪漂移测试小角度伺服法实验方案的改进

为了提高陀螺仪的使用精度,研究了陀螺仪漂移测试的伺服法实验技术.依托973项目,在国内首次完成了高精度单自由度静压液浮陀螺仪的伺服法实验.找到了影响小角度伺服法实验测试精度的主要误差源,即小角度伺服法实验的方法误差,通过对该误差的分析,提出了改进的小角度伺服实验方案.建立了小角度伺服法实验方法误差的仿真模型,用改进方案和原始方案分别进行了仿真和实验,结果表明改进方案同原始方案相比,陀螺仪漂移误差模型中的三项系数辨识精度均有提高.     

电容式MEMS环形振动陀螺结构设计及加工

微机械环形振动陀螺仪采用四波腹工作原理,具有精度高、抗冲击性能好等优点。通常情况下为了提高电容值和信噪比,环形结构会采用高深宽比方案,因此带来的footing效应直接影响了结构加工的成品率。本文在设计环形结构的基础上提出了一种在硅下表面溅射一层Al金属层的方法,能够避免footing效应的发生。实验结果表明,该方法有效提高了结构加工精度。同时,为了验证所设计结构的正确性,对加工出的结构进行了扫频测试,结构驱动模态谐振频率与设计值相差仅0.13%,并在此基础上搭建了测控系统,进一步进行了静态实验,结果表明其零偏稳定性指标为101(°)/h证明了设计和加工的可行性。     

双H型石英陀螺电容耦合分析与电极优化设计

双H型石英陀螺的音叉结构具有电极工艺简单的优点,但该陀螺的电容耦合噪声比H型石英陀螺的电容耦合噪声大.为减小电容耦合噪声,分析了双H型音叉的电容耦合噪声的影响和产生机理,采用ANSYS软件分析电容耦合噪声.在驱动电极上加载电压载荷,采用静态分析功能,在后处理器P0ST1中获取敏感电极的电荷量,利用电压和电荷的关系获取检测电极的耦合分布电容,采用这一指导原则,设计了一种新电极分布的音叉;通过仿真和测试对比了新电极和旧电极音叉的耦合分布电容,测试结果表明,新的电极设计的耦合电容值为旧电极的耦合电容值的50％左右.介绍了一种新的电极结构的双H型石英陀螺,并给出耦合电容的仿真分析及测试方法,该方法可以指导石英陀螺电极设计.     

一种MEMS陀螺仪的飞秒激光修调方法

受微加工工艺条件限制,MEMS敏感结构的尺寸等关键参数的相对误差较大,使其在宏观上表现出非理想的运动特性,性能指标也难以满足高精度应用的要求。为消除加工误差的影响,分析了一种MEMS陀螺仪的运动特性和误差耦合机理,提出了一种通过飞秒激光对敏感结构的梁进行刻蚀修调的方法。MEMS陀螺修调前后的运动特性试验表明,修调后的误差系数比修调前降低了50%以上,而误差的稳定性则比修调前提高了约70%,证明提出的飞秒激光刻蚀方法能够抑制微加工误差的影响,提高MEMS陀螺仪的性能。     

用于MEMS陀螺阵列信号处理的OBE平滑算法

为提高MEMS陀螺的精度,提出了一种基于最优定界椭球(OBE)的平滑算法,并将其用于陀螺阵列信号的处理.首先,利用多个相同型号的MEMS陀螺构成阵列,测量同一角速率信号,并建立数据融合模型.对于融合问题而言,噪声统计特性的不确定会导致传统融合方法精度下降.为解决该问题,引入仅要求噪声未知但有界的集员估计理论,结合RTS平滑思想,提出一种新的平滑算法作为融合方法,它由前向滤波和反向平滑两个过程构成:前者采用集员估计理论中的OBE滤波估计角速率,后者则逆序执行OBE算法进一步提高估计精度.实验表明:该方法能够将陀螺的静态漂移由0.5130(°)/s降低到0.1368(°)/s;动态条件下,在有效跟踪载体角度变化的同时,将漂移由0.5343(°)/s降低到0.1704(°)/s,显著提高了陀螺的使用精度.     

轴向运动二维传输结构动力学有限元建模与仿真

基于物理中面概念和经典薄板理论，应用有限元法研究了机械工程中的二维传输结构作轴向运动时的面外自由振动特性．根据实际工程结构特点及设计要点，考虑受双向预张应力作用的传输薄板结构模型，由哈密顿原理出发严格导出了结构的有限元动力学方程，得到了体现轴向传输结构特性的陀螺矩阵．该矩阵具有反对称结构，这与加权余量法所得的陀螺矩阵结构不同．采用3 节点三角形单元离散求解域，且单元不受轴向运动影响，给出了单元密度对计算结果精度的影响．分析了传输结构预张应力和轴向速度与自由振动固有频率的关系；考察了不同结构的陀螺矩阵对数值结果的影响．将部分结果与ANSYS 软件模拟对比，显示出良好的一致性，证明了本文方法的有效性．研究结果可为典型传输带等结构的振动控制提供参考，建模方法可为ANSYS等计算软件添加轴向运动结构新模块提供理论依据．