激光陀螺惯组系统级标定方法

针对激光陀螺惯性测量组件在传统的分立式标定中受橡胶减震器影响的问题,从系统的角度对激光陀螺惯性测量组件的标度因数误差、安装误差传播规律进行分析。通过分别绕三只陀螺敏感轴转动激发激光陀螺的标度因数误差、安装误差,通过三只加速度计敏感轴分别指天激发加速度计的标度因数误差、安装误差和零位,从而完成激光陀螺惯性测量组件的系统级标定。在未进行温控及温补的情况下,陀螺仪标度因数误差重复性在3.5×10~(-6)以内,安装误差重复性在3″以内,加速度计标度因数误差和零位在其性能指标内,安装误差在4.5″以内。试验结果表明,该方法满足高精度、长期稳定性好的惯导系统工程应用要求。     

高精度硅微谐振加速度计工程化设计与实现

硅微谐振加速度计因具有小体积优势和高精度潜力,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。工程化设计是硅微谐振加速度计从原理样机向成熟产品转化过程中的关键步骤之一。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从工程实用化设计角度出发,提出了一种高精度硅微谐振加速度计工程化设计方法。分别从系统设计、结构设计、控制电路设计和测试与补偿技术等方面进行了分析和对比,讨论了误差来源与改进方法。测试表明,设计的高精度硅微谐振加速度计质量块基频大于3 k Hz,谐振音叉中心频率约18 k Hz,标度因数大于100 Hz/g,量程±40 g,死区小于0.67 mg,带宽大于200 Hz,振动整流误差0.344 mg,零位一次通电稳定性优于50μg,测试结果基本满足工程化应用指标。     

基于FPGA的高精度硅微谐振加速度计数据采集与参数补偿系统设计与实现

硅微谐振加速度计因具有小体积优势和高精度潜力,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。频率信号的高精度采集和系统参数补偿是提高硅微谐振加速度计性能的重要手段之一。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从双路差动频率信号的精确采集和系统误差参数补偿角度出发,分析了数据采集的原理,提出了一种高精度硅微谐振加速度计用数据采集与参数补偿方法。给出了设计思路和电路实现方法,讨论了误差来源与改进方法。所设计的数据采集系统针对中心频率18 k Hz.,标度因数400 Hz/g,量程±20g的加速度计,数据更新周期200 ms下频率分辨率为0.0005 Hz,等效加速度分辨率达到1.25μg。测试表明,补偿后的硅微谐振加速度计,在全温(-40~+70℃)内,K0温度系数从262μg/℃降低到29.9μg/℃,K1变化量从4.18%降低到2.04‰,全量程非线性从7.16‰降低到0.128‰,系统参数满足设计指标。     

GNSS辅助捷联惯导行进间对准自适应滤波方法

针对车载武器系统快速发射需求,提出一种基于GNSS辅助的捷联惯导行进间对准自适应滤波方法。该方法把行进间传递对准分为粗对准与精对准两个阶段。粗对准阶段以GNSS为观测基准完成对捷联惯导姿态的粗捕获,降低初始偏差不确定性对于精对准阶段的影响。在精对准阶段,考虑到车载系统的运动特性,提出一种"水平+方位"行进间对准双滤波器并行的设计思路,利用车载系统在不同时间段的动力学特性,对三轴姿态估计进行分时解耦,实现初始姿态的高精度估计;与此同时,引入协方差成形自适应调节过程,以最小化Frobenius范数为优化指标,实现对行进间对准卡尔曼滤波器的自适应调节,增强系统鲁棒性。数值仿真表明,协方差成形自适应卡尔曼滤波方法能够有效保证系统在全运动剖面内的稳定,结合双滤波器并行方案能够有效解决行进间对准精度不高与稳定性欠佳等问题,水平对准精度优于1.5′(1σ),方位对准精度优于6′(1σ)。     

石英挠性加速度计温度建模和补偿

为降低环境温度对石英挠性加速度计测量精度的影响,从工程应用角度设计了加速度计温度建模试验环境和试验方法.为加速度计设计独立的温控装置,验证了加速度计温度特性具有重复性的基础上,在多个温度点下采用四位置翻滚试验对加速度计进行标定,利用线性拟合方法建立了加速度计零偏和标度因数的温度模型.应用该模型对加速度计进行温度补偿后,可使加速度计的测量稳定性精度提高5.55倍.将所建温度模型应用于捷联式惯性导航系统中,可有效提高系统的导航精度.     

半导体制冷加风机搅拌的惯导平台温控系统设计与实现

为提高惯导设备的环境温度适应性,提出了一种基于半导体制冷技术的惯导平台温控设计方法,给出了温控系统的结构形式,采用了粗级与精级两级温控措施和加搅拌风机的方法,建立了等效模型并基于有限元分析方法进行了热流场仿真分析,最后温控试验结果表明,在55℃的高温环境下利用半导体制冷技术可以使IMU内部的光纤陀螺周围温度控制在45±0.1℃,验证了此温控设计的合理性和在惯导平台上应用的必要性。     

斜置惯性测量单元的一体化标定技术

针对陀螺和加速度计均倾斜安装的低精度惯性测量单元,将三个 MEMS 加速度计组件和三个光纤陀螺组件分别考虑为一个整体,提出了一体化标定技术,将传统的零位、比例因子、安装误差等参数等效考虑为一个转换矩阵。根据实验得到的低精度斜置惯性测量单元的温度特性和非线性的经验公式,提出了补偿温度特性和非线性的一体化标定模型。利用速率转台和大理石平板在不同温度下进行测试,采用多元线性回归,得到了实用的角速度模型与加速度模型。实时补偿效果表明,当温度从 0℃到 24℃变化时,在±60(°)/s 转速内角速度误差小于 0.02 (°)/s,加速度误差小于 0.003g。     

航空重力测量比力温控系统热优化设计

以国内首台具有完全自主知识产权的捷联式航空重力仪的比力温控系统为基础,针对该温控系统测试过程中暴露的一些温度梯度较大等问题,为进一步提高比力测量精度,结合相关的热设计标准和规范,提出了航空重力测量比力温控系统热优化设计方案,并进行建模与仿真实验分析.分析表明,该热优化设计方案能有效减小比力温控系统温度梯度,将温控系统内部最大温度差由0.79℃降低到0.37℃,可以提供更稳定的温度场并有效确保加速度计的精确标定并进一步提高重力测量精度.     

高精度硅微谐振加速度计频率测量输出电路

硅微谐振加速度计是一种频率输出的MEMS仪表,针对其差动频率输出的特点和对静态与动态高精度测试精度的要求,设计并实现了一种高精度频率输出电路,实现了差动频率的实时相减和静态与动态频率信号输出。对电路及仪表的精度进行了测试,测试结果表明,该电路稳定性可达到1×10-9,全温范围内(-40⁺70℃)非线性优于1×10-7,频率分辨率可达到1×10-5,测试精度满足仪表系统精度要求,使仪表更满足工程应用的条件。根据实际工程应用要求,还对该电路提出了抗干扰设计,进一步提高了该电路的工程应用可靠性。     

激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性与外场自标定

惯导系统参数稳定性是决定系统精度的重要因素。基于激光陀螺捷联惯导系统参数稳定性统计分析,建立了适合激光陀螺捷联惯导系统外场自标定的加速度计组件误差参数模型。以惯性组合转动后重新调平的水平姿态修正量以及静态下重力测量误差为观测量,不依赖外界方向姿态转角等基准信息,实现了加速度计组件主要误差参数在外场条件下的自标定,并给出了标定参数的修正方法。实验表明,常温下加速度计组件的标定参数发生明显变化,采用外场标定方法可对其进行修正,相应的水平姿态最大误差由65″减小到10″。该方法标定精度好,标定时间短,操作简便,且对基座不稳造成的瞬时姿态小扰动影响有抑制能力。     

炮载捷联惯导晃动误差补偿方法

以某型自行火炮为研究对象,分析了其在匀速直线行驶过程中车体晃动的特点。提出了利用加速度信息修正陀螺信息的晃动补偿新方法,并详细推导了补偿公式,利用传统解析法实现了自行火炮在匀速直线行驶条件下粗对准。仿真结果表明,利用加速度计信息可以准确得出当前姿态角和角速度,并且能够有效补偿陀螺晃动误差。在跑车试验中,首先利用FIR数字滤波器处理加速度计输出信息,然后用所提补偿方法补偿陀螺输出,结果表明在匀速直线行驶条件下,经过晃动补偿后传统解析式粗对准的精度与未经补偿的惯性系粗对准的精度相当,水平失准角均优于0.1021mil,航向失准角优于3.8603mil,表明该方法具有良好的工程适用性。     

两位置法快速测定近钻头惯性测量模块的温漂模型

近钻头惯性测量模块(Near-bit Inertial Measurement,NIM)用于石油钻井中实时测量导向外套的姿态角,是导向钻进闭环控制中的重要组成部分。它采用三轴加速度计组合测量重力加速度实现姿态角测量。为了提高加速度计在工作温度范围内的测量精度,需对其进行温漂模型标定。针对三轴加速度计组合的传统12位置翻滚温度模型测定方法存在耗时长、操作效率低的局限性,提出一种新的加速度计三轴组合温度模型标定方法——两位置法,并通过实验验证了温度补偿的效果。在10℃~150℃的温度范围内,补偿后加速度的测量精度达5×10~(-4)g,完全满足NIM测量姿态角的要求。     

石英挠性加速度计二元调宽数字脉冲控制系统的研制

本文介绍了石英挠性加速度计二元调宽数字脉冲控制系统的研制及其应用。提出了通过提高系统采样频率来抑制石英挠性加速度计摆片摆幅，从而最大限度地减小其疲劳强度的方法。并基于这一思想设计了石英挠性加速度计二元调宽数字脉冲控制模型，对模型进行了模拟仿真，证明该方案是合理可行的。其已成功地应用于各新型导航产品中     

全数字IMU方案研究

分析了现有IMU内部模拟电路的不足，提出全数字IMU方案和结构框图，其内容包括高精度模数转换电路、高速数学运算平台、陀螺数字伺服电路、高精度数字温控电路和以数字滤波数据融合为核心的计算方法。论证了陀螺回路数字控制方案、陀螺模糊温度控制方案，确定出陀螺回路A／D采样频率应大于3000Hz，高精度A／D转换器采样频率应大于500Hz，且位数不应低于18bit。最后，展示了已经研制成功的3项试验结果：24bit A／D与陀螺和加速度计联机实测结果、CPU和24bit A／D间接口通讯逻辑接口和基于模糊控制的陀螺温控系统。     

应用于三轴光纤陀螺中的双程后向ASE光源

根据三轴光纤陀螺的高精度需求,采用大功率高稳定性的高精度双程后向方案掺铒光纤光源。通过对ASE光源的理论分析建立数学模型,并根据所用掺铒光纤及泵浦光源的参数对光源进行谱型分析,确定光路方案。再以掺铒光纤和泵浦激光器的温度特性和补偿为研究重点,对掺铒光纤的长度和掺杂浓度以及泵浦功率和铒纤的匹配性进行试验,最终采用铒纤长度19 m,泵浦波长974.6 nm,泵浦功率140 m A,得到光源光功率为20 m W,平均波长变化量小于0.5′10~(-6)/℃,满足光纤陀螺对ASE光源的要求。     

基于角速率积分法的光纤陀螺标度因数不对称度测量方法

标度因数不对称度是评价光纤陀螺的一项重要指标,对其进行精确测量在高精度导航应用中具有重要意义。传统的测试方法受转台速率控制精度限制,很难精确测量小于1×10-6的不对称度。首次提出基于角速率积分的标度因数不对称度测量方法。该方法给定转台正反方向转动的角度,由固定在转台上的被测光纤陀螺进行角速率测量,并对输出值积分,从而得到标度因数不对称度。该方法基于转台位置控制,避免了转速不稳定及正反向转速不对称等因素造成的影响。还对可能引起测量误差的因素进行了分析。最后采用角速率积分法测得高精度光纤陀螺标度因数不对称度小于1×10-6。     

级联式高阶Σ△M数字式闭环微机械加速度计

基于Sigma-delta Modulator(Σ△M)原理的数字闭环微机械加速度计不仅实现了力反馈闭环控制,同时直接完成信号的模数转换。基于全差分式电容微加速度设计了一种2-2级联式(MASH)高阶Σ△M闭环系统——MASH_(2-2),并与传统的单环路二阶、四阶Σ△M闭环系统(SD2、SD4)进行了仿真分析比较,研制了原理样机。微加速度计是基于结构层厚度50mm的SOI硅片通过DRIE刻蚀、气态HF释放等一系列微加工工艺得到,系统电路以数字化方式集成在FPGA中。常压下测试结果表明,样机的灵敏度为0.876 V/g,噪声基底为-110 d B,零偏不稳定性为20mg,静态温漂为40.8mg/℃,量程为±20 g。     

COULOMB BLOCKADE EFFECT INSELF-ASSEMBLED GOLD QUANTUM DOTS

Nanometer-scale Au quantum dots have been assembled on SiO2 by controlling the reaction of raw matedais to form a citrate Au sol and an aminosilane/dithiol-treated patterned Si wafer. The detailed formation mechanism has been studied. Three gold colloidal particles (-15 nm), aligned in a chain to form a one-dimensional current path, was bridged across an 80-nm gap between source and drain metal electrodes, The device exhibited a Coulomb blockade effect at 33 K.     

An oven design for torsional rheometers

A newly designed oven for rheological characterisation of polymer melts is presented which relies upon conduction and radiation rather than convection to heat the polymer. The design involves three concentric heating elements, all controlled independently to ensure a stable thermal atmosphere. The overshoot on heating is minimal (10 K, and this was due to opening the oven for sample trimming; the overshoot is 3 K if the oven is not opened) and the results of a typical dynamic shear test show that rheological properties attain their equilibrium values very rapidly (25 min after start-up of the oven fro room temperature, and 15 min after the sample was placed in the rheometer). The temperature of the sample was maintained at ±0.5 K, thus, a stable thermal environment was successfully attained.     

分布式光纤传感器测量数据可靠性分析方法

分析了分布式光纤传感器测量结果的可靠性,提出从应变系数和温度系数标定到分布式光纤传感器物理量测量以及结果评价的方法,设计了分布式光纤传感器的应变系数和温度系数标定装置,同时分析了应变标定装置的不确定度来源,采用基于光频域反射技术的分布式光纤解调仪进行了实验验证。应变标定范围为-5000με~5000με,温度标定范围为20℃~50℃,第一次测量得到应变系数和温度系数分别为:-6.6775με/GHz和-0.5921℃/GHz。使用获得的应变系数和温度系数再次测量,得到在测量范围内,应变测量相对误差为1%,温度测量相对误差为2%,满足工程应用要求。上述结果表明,设计、发展的数据标定及分析方法可用于分布式光纤传感器应变系数和温度系数的标定。