机抖温度特性对激光陀螺零偏稳定性的影响

机抖机构是一个工作于谐振状态的精密机电元件,当环境温度发生变化时,机抖的抖动偏频量将发生变化,这将引起角度随机游走误差的变化,并导致激光陀螺的零偏稳定性变差。本文推导了机械抖动激光陀螺的抖动速率与激光陀螺输出误差的关系表达式,提出了均方意义下的等抖动速率控制保持激光陀螺零偏稳定性的方法,并且通过实验具体研究了电磁式机械抖动装置的温度特性及其对激光陀螺零偏稳定性的影响。仿真实验与实测数据结果表明:在全温度范围内保持机抖机构抖动速率的一致性能有效地提高激光陀螺的零偏稳定性。     

温度对四频差动激光陀螺零偏的影响机理

讨论了四频差动激光陀螺温变零偏的产生机理,分析了四频差动激光陀螺工作时的热源及其对陀螺在不同工作阶段的影响,实验证明了温度变化时和频和差频的强烈相关性;通过实验分析了陀螺各部分温度变化对和频和零偏的影响,研究了水晶片在温度变化时的物理性质变化,并定量计算了由其产生的广义法拉第偏频、顺逆时针偏振光差损和左右旋偏振光差损的变化对温变零偏的影响大小,结果表明:顺逆时针偏振光差损和左右旋偏振光差损对和频、差频的不同作用机理使得和频与差频的相关性变差,导致采用以和频为基准对陀螺差频进行补偿的方法具有一定的局限性,从而提出了提高以和频为基准的温补精度的措施。     

基于PSO-BP 神经网络的激光陀螺温度补偿方法

激光捷联惯导系统上电启动时,陀螺受温度影响其零偏会经历快速变化到逐渐稳定的过程,影响惯导系统应用精度。因此,提出了一种基于粒子群-反向传播神经网络（PSO-BP）的激光陀螺温度补偿方法,利用粒子群算法寻找神经网络模型的最优权值与阈值,以温度和温度梯度作为自变量,建立陀螺零偏输出的补偿模型。激光惯导系统工作温度范围内的温度试验结果表明：与传统反向传播神经网络算法相比,所提出的PSO-BP神经网络模型的速度提高了4倍,模型拟合精度更高,且避免了反向传播算法易陷入局部最优解的问题。经过粒子群-反向传播算法补偿后,陀螺零偏稳定性相比温补前提高了60%,进一步验证了模型的有效性。     

光纤陀螺静态温度特性的分析及实验研究

温度是影响光纤陀螺(FOG)精度的重要因素之一.对于中高精度的FOG,温度效应将不可再忽略.在缓慢温变环境中工作的FOG,应主要考虑其静态温度特性.首先从理论上分析了FOG静态温度效应的主要成因,继而分析了实验设计的原理及实际应用中的补偿方法,最后设计了实验方案并进行测试.测试数据表明FOG的标度因数和零偏与静态温度之间呈近似线性的关系.使用最小二乘法对数据建立1～7次模型,比较模型之间的特点并选择较优的一个,用于补偿陀螺的输出.输出补偿结果显示,新的方案可使FOG可以工作在高温或低温的缓慢温变环境中,而不会影响其输出精度.     

对称单质量微机电陀螺的零偏自补偿方法

针对微机电陀螺的零偏易受环境因素如温度的影响而发生漂移的问题,提出了一种适用于全对称单质量陀螺的零偏自补偿方法,该方法以两种基本单轴工作模式为基础,将两种工作模式下的检测信号进行差分即可实现零偏自补偿。建立了陀螺的动力学模型,对于结构完全对称的单质量陀螺,得出了两种基本工作模式对应的标度因数互为相反数、温度变化引起的零偏变化量一致的结论,并通过实验得到了验证。零偏自补偿方法实现了标度因数叠加、零偏变化量抵消的效果。设计了一种基于FPGA的零偏自补偿数字电路,并进行了零偏试验。零偏温度试验结果表明,在25℃~70℃的温度范围内,两种基本工作模式对应的零偏输出随温度变化的趋势一致,零偏自补偿后的零偏变化量降为了基本工作模式的24%;常温零偏试验结果表明,零偏自补偿后的陀螺零偏稳定性和零偏不稳定性分别抑制到了基本单轴工作模式的18%和31.85%,验证了该零偏自补偿方法的有效性。     

激光陀螺零偏温度补偿研究

在对某型激光陀螺进行大量高低温环境试验的基础上,根据试验数据,建立了一种零偏温度补偿模型,并用该模型对新测的试验数据进行了预测补偿。补偿结果表明:激光陀螺经该模型补偿后基本上可以将零偏减小一个数量级,并进一步提高了零偏稳定性,完全满足工程上的实时补偿要求。因此,该模型具有很强的工程实用价值。     

非共面四频激光陀螺变温零偏周期性波动

非共面四频激光陀螺的零偏随温度周期变化直接影响陀螺性能,提出了一种采用对法拉第旋光元件参数优化有效降低零偏波动幅值的方法。根据非共面四频激光陀螺的振荡光束频率特性,结合腔内旋光元件表面反射光束和散射光束的耦合效应以及旋光元件磁光效应,理论分析确定了导致陀螺变温零偏周期性波动的主要因素。采用对旋光元件楔角、微扰角度以及方位角三项参数的理论计算及仿真分析,确定了参数优化方法和优化验证参数,经验证与理论分析结果一致,有效消除了陀螺变温零偏周期性波动,结合温度补偿模型,实现70°C变温范围内零偏最大变化由1.5(°)/h降低为0.11(°)/h。     

基于灰色模型和RBF神经网络的MEMS陀螺温度补偿

MEMS陀螺的零偏随温度呈非线性变化,同时含有较大的随机噪声.针对传统的多项式模型难以精确表达零偏随温度变化的问题,提出了一种基于灰色模型和RBF神经网络的MEMS陀螺温度补偿方法:首先用灰色模型对数据进行预处理,以减小原始数据的噪声;然后用降噪后的样本数据对RBF神经网络进行训练.在相同的训练次数下训练误差可减小一个数量级.验证试验结果表明,采用该模型补偿后的陀螺零偏误差较传统的多项式模型减小一个数量级,较未经预处理的RBF神经网络减小2/3.     

光纤陀螺IMU全温三方位速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法

针对光纤陀螺惯性测量单元全温动态环境下测量误差问题,提出一种全温三方位正反速率/一位置标定及分段线性插值补偿方法,建立了光纤陀螺惯性测量单元误差模型,在每个恒温点设计三方位正反速率/一位置标定方案。采用分段线性插值算法实时补偿系统零偏和标度因数温度误差,系统全温环境下的测量精度提高5倍左右。车载实验结果表明,采用该方法后系统4200 s纯惯性姿态测量误差小于1°。     

速率偏频技术提高激光陀螺精度的理论研究

以分析激光陀螺主要误差源出发点,从理论上研究了速率偏频技术的作用,指出它可有效地降低激光陀螺锁区引入的随机游走误差,部分地补偿激光陀螺谐振腔中的光束位移引起的不可控激光陀螺的零偏误差,并可解决拦动激光陀螺在系统使用中的锥形误差（Coning Error)和划桨误差（Sculling Error)。利用激光陀螺的拍频方程和拦动偏频激光陀螺的拍频近似解,得出了速率偏频激光陀螺随机游走误差与速率偏频系统参数的表达式,并指出了速率偏频技术的特点及速率偏频技术要解决的主要技术问题。     

一种确保激光陀螺低温启动的辅助启辉方法

激光陀螺在低温下启辉电压过高,严重影响了其工程应用。为了确保低温下陀螺可靠启动,借鉴激光器领域内的预电离技术,提出一种激光陀螺辅助启辉方法。在陀螺谐振腔阴极附近放置一个辅助启辉发光装置,发射高能量光束照射陀螺谐振腔阴极内表面,增加阴极的次级电子发射能力,可以有效降低陀螺辉光放电电压。分别利用紫外气体发光管和紫外波段半导体发光二极管作为光源进行了陀螺启辉电压对比试验,结果表明:低温下两种光源均可有效降低陀螺启辉电压,但两者降低启辉电压的效率有差异,紫外灯效率在5%～30%之间,紫外波段的半导体发光二极管的效率在12%～28%之间,前者降低电压离散性较大,后者较为均匀,综合看,后者效果更为显著。     

激光陀螺谐振腔损耗与相位差测量

介绍了激光陀螺谐振腔损耗及相位差的一种测量方法。将频率可调激光器发出激光入射被研究激光陀螺谐振腔，使之产生强迫振荡。用光电接收器接收振荡功率信号，输入计算机分析，绘出谐振腔的功率谱线图。通过测量谱线半波宽度、纵模间隔时间兀计算出谐振腔的损耗及相位差。损耗测量精度可达10^-6级，相位差测量精度达0．1度。     

陀螺漂移与温度动态过程的试验分析

本文讨论了陀螺仪起动时的热平衡过程，在陀螺漂移和内部温度，特别是温度的变化率之间建立动态数学模型，并且用广义最小二乘（ＧＬＳ）和递推最小二乘（ＩＬＳ）进行辨识。如果陀螺起动过程良好，就可以用补偿方法缩短惯导系统的准备时间。动力调谐陀螺起动过程的重复试验表明，这种方法是可行的     

一种惯性测量单元非正交安装的单轴转位方法

针对单轴旋转式捷联惯导系统中旋转轴方向惯性器件误差导致系统误差积累的问题,提出一种惯性测量单元非正交安装的单轴转位方法,该方法不但可消除旋转轴垂直方向惯性器件误差对导航精度的影响,而且可减小旋转轴方向惯性器件误差引起的导航误差。基于单轴旋转调制原理,推导了非正交安装方法和正交安装方法的陀螺常值漂移和加速度计零偏在单轴旋转下引起的姿态误差,并对其进行分析,结果表明,在陀螺仪和加速度计常值漂移及零偏相同的情况下,非正交安装方法与正交安装方法相比,安装斜角为10°时72 h的定位误差降低约50%。     

高性能对称解耦结构的线振动陀螺

为了最大限度克服微机电陀螺的两个模态的相互耦合作用,提高微机电陀螺的综合性能指标,采用国内现有MEMS标准工艺方法,设计和制作了一种高性能单晶硅对称解耦结构的线振动陀螺。采用对称结构形式和保证陀螺驱动和检测模态振型都是弯曲振动模式,易于模态匹配;由于采用驱动模态和检测模态结构解耦方式,从微结构设计上大大降低了正交耦合误差影响,使陀螺具有输出零位小、零偏稳定性好的优点。测试结果表明：初次加工的样机,在大气中驱动和检测模态固有频率分别在2430Hz和2580Hz左右,在150Hz带宽内具有0.1～0.5（°）/s的分辨率;随着加工精度的提高和检测电路的改进,该陀螺在大气中15Hz带宽内实现0.008（°）/s的分辨率,在真空状态下,这种高性能单晶硅对称解耦结构的线振动陀螺性能会有进一步的提高。     

线圈隔热层对光纤陀螺温度误差的影响分析

针对温度变化所引起的光纤陀螺非互易相移误差,详细研究了隔热材料对减小热漂移误差的作用,并详细比较了使用不同厚度隔热层的光纤陀螺在相同变温历程下的热漂移误差大小以及达到热平衡状态所需的时间。仿真结果表明,当隔热层的厚度由0mm变化到4mm的过程中,热漂移误差的峰值由0.12(°)/h降低到了0.08(°)/h,同时达到热平衡的时间从2 520 s增加到了3 600 s。利用该仿真结果,可以在保证热启动时间满足条件的前提下找到一个最优的隔热层厚度,从而使热漂移误差的峰值最小。     

机抖式激光陀螺基础振动消除研究

针对机抖式激光陀螺基础振动对测量精度影响相当严重的问题，通过理论推导和分析，并考虑实际应用中可能会带来的问题，提出了一种机抖式激光陀螺基础振动消除的原理。通过不同参数的选择，指出抖动参数的合理选择可使基础抖动力更小，重量更轻，并且易于加工，有利于系统的小型化。     

调宽控制平台稳定系统对陀螺漂移影响的研究

介绍了在平台式惯导系统中,由脉冲调宽加矩方式控制的惯性稳定平台的角振动对陀螺漂移的因素,通过对平台稳定系统的动态仿真,得出了它螺漂移与采用脉宽调制工作的稳定回路参数之间的关系,为惯性平台稳定回路的设计提供重要的数据依据。