陀螺惯性制导及其军事应用

简要介绍机械惯性陀螺、环形激光陀螺、光纤陀螺、半球谐振陀螺、石英音叉陀螺的基本工作原理及其军事应用,并预测了陀螺惯性制导的发展趋势。     

陀螺与惯性制导

介绍了一种完全自主的导航系统－惯性制导系统，它主要是利用陀螺的特性来建立相对惯性空间，确定运载器的制导参数基准，实现完全自主导航，随着新型陀螺的不断出现，其测量精度也日益提高，惯性制导系统已被广泛应用于现代导弹，宇航运载器等方面。     

支承结构惯量对激光陀螺抖频及精度特性的影响分析

激光陀螺的机抖特性有效克服了陀螺的闭锁效应,是其高精度输出的重要保障。陀螺在不同惯性装置下的抖频会发生变化,这极大地影响了其输出精度,严重制约了激光陀螺在各类惯性装备下的服役能力。从激光陀螺抖动偏频系统入手,对陀螺及其支承结构进行了结构动力学建模及分析,从理论与原理实验两方面论证了支承结构惯量对陀螺抖频特性,乃至陀螺输出精度的影响,分析结果表明,减小支承结构惯量能提高陀螺抖频,进而提高其精度。为激光陀螺在惯导装备中更好的应用起到了指导作用。     

转动刚体角动量的复杂关系——兼谈不同参考系选择的意义

一道貌似简单的刚性陀螺运动题,牵扯出大学物理教学中一个被忽略的问题——刚体同时绕相互垂直的轴旋转时角动量的计算.本文从一道题目的解答入手,阐述刚体(陀螺)旋转的角动量复杂关系,推导出简易、约束陀螺的正确角动量变换关系.同时讨论选择惯性参考系与非惯性参考系时对问题求解有不同难度的问题.     

面向21世纪的新型陀螺仪——光纤陀螺

回顾光纤陀螺发展历史，论述光纤陀螺技术发展的趋势。分析并展望光纤陀螺市场前景，指出当前光纤陀螺是处于大力发展的一种新型陀螺仪，它将成为２１世纪陀螺仪市场的主导产品。     

半球谐振陀螺的关键技术——信号闭环检测理论及电路

为了解决新型惯性器件半球谐振陀螺信号检测关键技术，提出一种闭环反馈理论。从半球谐振陀螺激励入手，详细分析闭环检测的理论方法，根据此理论依据完成半球谐振陀螺的闭环检测电子线路模块，实现转速测量。     

面向21世纪的新型陀螺仪─—光纤陀螺

回顾光纤陀螺发展历史，论述光纤陀螺技术发展的趋势。分析并展望光纤陀螺市场前景，指出当前光纤陀螺是处于大力发展的一种新型陀螺仪，它将成为21世纪陀螺仪市场的主导产品。     

光纤陀螺—一种新型的全固态惯性仪表

光纤陀螺（FOG）是一种以Sagnac效应为基础的新型惯性器件。自1976年美国犹他州立大学Vali和Shorthill教授在实验室里演示了第一台光纤陀螺样机以来,光纤陀螺以其诸多优势和广阔的应用前景受到世界各国尤其是军方的关注,并获得了迅速发展。本文内容主要分为两部分,第一概述了光纤陀螺的技术优势,以及国内外的研制现状和发展趋势;第二部分报道了我们研制的FOG－M01型中等精度的全数字闭环光纤陀螺仪,详细介绍了其系统组成、工作原理和设计特点,并给出了相应的测试数据。     

人工鱼群算法在单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识中的应用

在惯性导航系统中,采用单轴旋转技术可以调制垂直于旋转轴方向上的惯性器件误差,而对沿旋转轴方向的误差没有抑制作用,因此旋转轴方向上激光陀螺漂移成为影响惯性导航系统精度的主要因素之一。为精确地辨识旋转轴方向上激光陀螺漂移,提高激光陀螺单轴旋转惯导系统的精度,利用人工鱼群算法AFSA（artificial fish swarm algorithm）建立了单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识模型,给出了AFSA 辨识的详细步骤和方法。实验结果表明:AFSA可以对轴向激光陀螺漂移进行精确建模,补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.000 4 /h。     

光纤陀螺技术发展及军需分析

介绍光纤陀螺技术的发展和应用情况,分析武器系统对光纤陀螺的需求。     

基于逐步回归分析的激光惯导温度补偿研究

针对激光陀螺惯导的温度补偿,将影响激光陀螺零偏的各种可能的变量作为零偏补偿的状态变量,利用逐步回归分析方法,挑选出对零偏贡献较大的显著变量,建立精准的数学物理模型,并对实测的激光陀螺进行温度补偿建模。结果表明,温度变化率以及与温度的交叉积对温度补偿模型的影响不显著,得到的温度补偿模型可以对陀螺的零偏进行实时补偿,提高了陀螺的精度。     

光电导航技术与装备发展研究

以天文陀螺、激光或光纤陀螺为核心器件的光电导航技术正处于蓬勃发展阶段,是各国竞相研发的重点.介绍并分析了俄、美等发达国家光电导航技术和装备的发展规划、最新成果和研制应用现状,提出了光电导航技术和装备发展趋势.     

线性加速度计在压电陀螺卡尔曼滤波技术中的应用

针对光电稳定平台常用的压电陀螺随机游走噪声大的缺点,提出采用基于线性加速度计的卡尔曼滤波技术对其进行信号滤波。利用卡尔曼滤波理论,建立了压电陀螺角速率状态观测方程,采用线性加速度计测量平台惯性角加速度,由此对陀螺信号进行了滤波。实验结果表明:采用线性加速度计能够在不影响陀螺带宽的前提下将压电陀螺的随机游走噪声水平由原有的0.005(°).s-1/槡Hz降低到0.001 25(°).s-1/槡Hz,提高了光电平台的稳定精度。     

小型集成三通道机抖激光陀螺数字式控制电路设计

针对军事和民用工程中亟待解决的捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度问题,提出了一种以单块电路板实现对3个机械抖动激光陀螺进行数字式稳频控制、抖动控制、稳流控制、信号检测及脉冲计数的全功能小型机抖激光陀螺集成控制方案,设计了以DSP和FPGA为核心控制器的陀螺电路。试验结果表明,该集成控制电路能同时实现3路陀螺的自动控制,参数调整灵活方便,控制精确稳定,在实现小型化集成化的同时,提高了激光陀螺的输出精度,为捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度奠定了基础,已在多个项目中获得工程应用,具有较高实用价值。     

线性加速度计在压电陀螺卡尔曼滤波技术中的应用

针对光电稳定平台常用的压电陀螺随机游走噪声大的缺点,提出采用基于线性加速度计的卡尔曼滤波技术对其进行信号滤波。利用卡尔曼滤波理论,建立了压电陀螺角速率状态观测方程,采用线性加速度计测量平台惯性角加速度,由此对陀螺信号进行了滤波。实验结果表明：采用线性加速度计能够在不影响陀螺带宽的前提下将压电陀螺的随机游走噪声水平由原有的0.005（°）.s-1/槡Hz降低到0.001 25（°）.s-1/槡Hz,提高了光电平台的稳定精度。     

基于QMEMS陀螺的自适应滤波方法研究

 根据QMEMS陀螺的特性,在对现有卡尔曼滤波方法分析的基础上,根据自适应滤波理论和UD分解理论,提出了一种改进型自适应滤波方法,该方法可去除QMEMS陀螺在采样过程中产生的异常值,并增强惯性导航系统的实时性和稳定性。通过对QMEMS陀螺实际输出数据的滤波仿真显示,该方法去噪效果明显好于卡尔曼滤波方法,利用该方法对QMEMS陀螺的采样数据进行处理,可以为惯性导航解算提供更为准确的数据,提高惯性导航系统的精度。     

光纤传感器在兵器系统中的应用

简述美国、法国、西德等国军用光纤传感器目前的研制计划及市场情况,重点介绍光纤陀螺和光纤水听器的基本结构及其在兵器系统中的应用前景,最后论述了光纤传感器的发展动向。     

捷联惯性导航系统误差工程化分析方法

针对设计捷联惯性导航系统时系统指标要求合理选择惯性传感器的问题,提出一种捷联惯性导航系统误差分析方法,建立了系统在不同工作条件下的误差模型,给出了在设计捷联惯性导航系统时,纯惯性导航时间小于2 min、位置误差小于100 m时选择陀螺和加速度计的方法。