双弱连接结构的高精度超流体陀螺的量程分析

基于交流约瑟夫森效应的超流体陀螺研究是当前高性能新原理陀螺技术研究的一个重要方向。低温物理中基于交流约瑟夫森效应敏感转动角速度的典型双弱连接超流体陀螺方案原理上具有高灵敏度的技术优势,从工作原理上来说目前该方案要发展成有实用性陀螺仪面临着量程小这一关键问题,仿真分析表明了量程的范围与敏感面积和约瑟夫森频率的影响关系,并显示了仅调整这两个参数扩展量程范围的局限性,进而在此基础上研究了扩展量程的改进思路和方法。     

基于微孔参数优化的超流体陀螺噪声抑制方法

为了解决超流体陀螺噪声较大,限制其高测量精度的潜力发挥的问题,提出了一种基于微孔参数优化的噪声抑制方法。根据超流体流过单一微孔的速度幅值,分析了微孔孔径对超流体流量幅值的影响;在考虑热噪声的情况下,推导了微孔数量和超流体流量幅值之间的方程;构建了微孔参数与超流体陀螺噪声之间的数学模型。基于该数学模型开展仿真与分析,由仿真结果可知:随着微孔孔径和微孔数量的增加,陀螺噪声呈现下降的趋势。采用最优微孔参数:微孔孔径为95 nm,微孔数量为5625时,超流体陀螺的噪声被抑制为取通用参数(微孔孔径为70 nm,微孔数量为4225)时的1/2,使得超流体陀螺的测量精度得到了显著提高。     

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。     

基于姿态匹配的船体形变测量方法

针对激光陀螺船体形变测量系统,提出了一种新的基于姿态匹配的形变测量解算方法。该方法不同于以角速度差作为观测量的惯性测量匹配法,而是基于两套激光陀螺系统的姿态信息。确立了新的形变测量滤波观测量,并建立线性量测方程。两套激光陀螺系统直接利用激光陀螺输出的角增量数据相对于惯性空间进行姿态更新,惯性坐标系取为各自初始时刻的载体坐标系,完全回避了系统初始对准问题,且充分利用了激光陀螺角度测量精度高的特点。仿真结果表明,该方法能够有效实现船体形变的高频精确测量,仿真测量精度优于15″,为激光陀螺船体形变测量技术进入工程应用打下了基础。     

基于光纤陀螺零偏稳定性的高精度寻北方案

为了进一步提高光纤陀螺寻北系统的测量精度,提出了一种基于光纤陀螺零偏稳定性分析的寻北算法设计方案.首先,分析了光纤陀螺寻北系统的原理和影响系统寻北精度的主要因素,指明在寻北时间一定的情况下,需要根据光纤陀螺零偏稳定性的测试结果来平衡单位置积分时间及位置数,来达到较高的寻北精度.实验数据表明,本系统利用精度为0.03 (°)/h的陀螺进行5 min寻北测试,采用56位置法可以实现3′的寻北精度.此方法突破了传统寻北算法的参数选择标准,能够最大程度抑制陀螺的测量噪声,大幅提高寻北系统性能,对其它陀螺寻北系统的参数选择具有借鉴意义.     

μ检验法测量陀螺阈值

为了能高效、准确地测量陀螺的阈值,介绍了一种“正交多点”的对准方案和基于数理统计原理测量陀螺阈值的方法,并且分析了该方法的测量不确定度。     

单轴光纤陀螺寻北仪

光纤陀螺寻北仪采用单光纤陀螺和双加速度计组合技术方案,通过二位置法测量消除了光纤陀螺的常值漂移和加速度计偏值的影响。通过增加一个从初始位置逆时针旋转90°的采样位置,实现了全方位寻北。为了消除静基座寻北时基座扰动对寻北精度的影响,基于抗差估计理论采用了高崩溃污染率的初值辅以IGGⅢ方案迭代解算的混合新算法。系统简单,容易实现且性能稳定。测试结果显示在5min之内寻北精度小于3′。     

纬度对陀螺经纬仪的影响测试分析

理论分析了纬度对陀螺经纬仪的影响规律，纬度越高陀螺指向力矩越小，陀螺仪跟踪周期和不跟踪周期越长，由此引起的陀螺经纬仪测量精度随纬度增高而趋势性变差。利用4台高精度陀螺经纬仪在纬度间隔约5°条件下进行了实地测试实验。结果表明，纬度从18°升高到53°，陀螺经纬仪测量精度变化约在3″左右，实验结果与理论分析结果一致。在考虑随机误差、仪器常数稳定性等其他因素影响的情况下，对中低精度的陀螺经纬仪影响可以接受，而对于高精度陀螺经纬仪不可忽视，可通过适当的测试数据拟合方式对纬度影响进行补偿。     

基于多周期测量的四频差动激光陀螺高精度信号解调

分析了四频差动激光陀螺信号的解调原理，针对采用频率测量计数解调方法存在脉冲量化造成的角速度测量分辨率低的问题，改用多周期测量来代替频率测量，大大提高了四频差动激光陀螺信号的解调精度。通过数字滤波器滤波处理，可以减少随机噪声干扰，进一步提高精度。为满足实时性要求，该方法采用FPGA来实现。实验表明，此方法提高了四频差动激光陀螺角速度测量分辨率，为快速高精度方位自对准奠定了基础。     

激光陀螺组合体测量船体角形变中观测耦合效应的补偿（英文）

船体角形变是传递对准中的主要误差源,需要依靠测量仪器精确标定。根据姿态匹配方法使用两套激光陀螺组合体可以计算角形变。但是动态形变和船体运动角速度的交叉相关的观测耦合效应导致角形变的最优估计结果不准确,并且通过姿态匹配方法这种观测耦合效应是不能被准确测量的,需要结合其它角形变的测量信息进行计算。基于角速度匹配方法,研究了观测耦合效应,并得出其导致角形变估计的偏置误差,且受船体运动角速度调制的结论。通过补偿激光陀螺组合体测量的角速度,降低了观测耦合效应,得到了高精度的对准结果。仿真结果表明观测耦合效应主要导致了静态形变估计精度的不准确。     

硅微机械振动轮陀螺仪的机理研究

本文针对Ｄｒａｐｅｒ 实验室公布的硅微机械振动轮陀螺仪的设计方案,给出了它的非线性 动力学方程和运动规律,分析了该陀螺仪壳体绕空间任意轴匀速旋转时干扰力矩所引起的漂 移率,给出了比通常线性化处理后得到的角速率测量关系式更为精确的测量表达式。     

具有不等刚度的动调陀螺的运动方程分析

利用理论力学知识,通过对转子和平衡环的受力分析及陀螺的运动状态分析,建立起考虑了不等刚度的动力调谐陀螺当壳体具有加速度和角速度时陀螺的运动方程,得到了不等刚度造成的干扰力矩表达式,讨论了各种壳体加速度和角速度情况下的陀螺漂移.分析结果表明,不等刚度对动力调谐陀螺的调谐条件没有影响.在线加速度条件下,不等刚度引起的干扰力矩与加速度的平方成正比;而在角加速度情况下,不等刚度不产生陀螺漂移.在设计、生产中尽量做到等刚度设计有助于减小陀螺的漂移.     

微机械框架陀螺仪的动力学分析

本文根据欧拉动力学方程导出微机械框架陀螺仪的动力学方程，给出陀螺仪的运动规律，并探讨惯性质量对测量灵敏度的影响。     

MEMS陀螺仪短时漂移特性实验研究

针对低精度MEMS陀螺仪适合短时间工作的特点,在不同采样频率下测试了常用MEMS陀螺仪的短时漂移,对比研究并分析讨论了各种被测MEMS陀螺仪的短时漂移特性,发现石英系列MEMS陀螺仪的短时漂移在高频采样时表现出显著的周期性,并说明测试石英MEMS陀螺仪需要高采样频率,应用时需精确标定补偿其周期特性。     

陀螺寻北仪二位置寻北方案

讨论了挠性陀螺寻北仪二位置寻北方案。二位置寻北方案是利用陀螺仪敏感在相差180°的两个方向上的地球自转角速率分量,准确解算出地理真北方向与陀螺轴向的交角,从而实现寻北的方案。该方案利用转位对消了陀螺的常值漂移,因此,大大降低了对陀螺精度的要求,已经成功的应用于我所研制的CFN系列寻北仪中。实践证明:对于双轴陀螺采用二位置寻北方案易于实现,精度较高。     

多陀螺仪老化台的改进设计

提出了对多陀螺仪老化台的改进方案,已在试验室中得到成功的应用。通过本次改进可以同时对12只陀螺仪进行测漂试验,极大地提高了工作效率。     

一种解耦的微机械陀螺研究

设计了一种解耦的微机械陀螺，它能够极大地降低正交误差信号的影响，从而大大地提高佗螺的性能；制造了一批样机，进行了初步的驱动特性和敏感特性的实验研究。研制结果表明，陀螺性能符合设计要求。     

提高反馈式速率陀螺系统可靠性的技术研究

通过对某反馈式速率陀螺仪进行支承方式,输电装置及力矩器和电机的技术改进,提高了产品可靠性、仪表零位电压的稳定性、产品合格率、仪表比例系数的一致性等性能,伺服回路放大器由集成电路改成通用化分立电路,提高了速率陀螺系统工作的可靠性,通过增加DC/DC电路提高了系统的电磁兼容能力,通过设计微型减振器,提高了电子箱总体结构的抗振性能,以上的改进措施有效地提高了反馈式速率陀螺系统工作的可靠性,取得了良好的社会效益和经济效益。     

微型惯性仪器的展望

本文介绍了惯性仪器的应用前景、技术要求和市场预测。对微型机械陀螺仪和加速度计，作了简要的描述。对微型光学陀螺仪，在工作原理、结构、材料和工艺等方面进行了初步探讨。随着微米／纳米技术的进一步发展，它们将成为光电子集成的微型仪器     

微光机电(MOEMS)陀螺的技术及发展

提出微光机电(MOEMS)惯性器件技术，对其优势和研究价值进行了理论分析。介绍了国外MOEMS陀螺的工作原理、结构、性能指标及研究状况，初步探讨了微光机电陀螺的应用前景和技术发展途径，以及惯性器件的发展方向。