激光陀螺捷联惯导减振系统动力学建模与仿真

由于激光陀螺固有机抖频率的存在,以及导弹运输、装卸、发射与飞行过程经历的动态环境中振动、冲击、过载等激励,导致激光陀螺在导弹上使用输出精度差。应用多体系统传递矩阵法,建立了激光陀螺捷联惯性测量组合减振多体系统动力学模型,分析激光陀螺固有抖动和导弹振动冲击对激光陀螺输出精度的影响。通过对减振系统动力学模型进行仿真,获得了激光陀螺抖动和导弹冲击环境下激光陀螺捷联惯性测量组合减振系统动态响应。该仿真结果为激光陀螺捷联惯性测量组合减振设计提供理论依据,该分析方法为激光陀螺捷联惯组在导弹上应用提供理论基础。     

机抖激光陀螺动力学特性研究

在构建激光陀螺捷联系统时,三个激光陀螺安装在同一个基座上.由于三个陀螺振子都在进行高频角振动,激励基座产生耦合振动,造成陀螺是在振动基座环境下工作,引起激光捷联系统的抖动耦合误差,导致系统导航精度下降.采用有限元方法研究了机抖激光陀螺的动力学特性和振动模态,以及机抖激光陀螺的振子抖动对基座的影响和外界激励条件下陀螺的响应.通过压电陶瓷激励下陀螺的频率响应分析,实现了激光陀螺工作状态下的动力学仿真,可以获得陀螺工作时激光陀螺任意位置的动力学响应信息,从而为激光陀螺和基座的结构设计提供评判依据,也为分析激光捷联系统的抖动耦合误差开辟了新途径.     

激光陀螺快速寻北仪的研究

采用激光陀螺作为敏感元件，研制了一套小型、快速、高精度寻北系统。其基本原理为利用地球自转角速度在陀螺敏感轴方向上的分量随敏感轴与真北方向夹角变化的规律来确定北向。并在该基本原理的基础上，建立了数学模型，得出了计算表达式；然后对测得数据进行曲线拟合，得到拟合系数，进而求得激光陀螺敏感轴与北向的夹角，确定北向。     

椭圆锥动效应对机械抖动激光陀螺振动特性的影响

对机械抖动激光陀螺的振动特性进行了理论分析,得到了水平振动下陀螺测量敏感轴存在椭圆锥动效应,并得出了该锥动效应引起的陀螺输入角速度表达式。利用有限元分析软件ANSYS,对机械抖动激光陀螺进行了随机振动分析,仿真证实了锥动效应的存在,并采用物理方法试验验证了椭圆圆锥运动的存在及其锥动幅角的大小。通过数值仿真与分析,指出了减小锥动效应,提高陀螺振动性能的有效措施是增大抖动偏频机构的横向抗弯刚度。改进设计的试验结果表明,采用大横向抗弯刚度的新型抖动偏频机构使陀螺的抗振性能提高了4倍多。     

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。     

机抖激光陀螺方波驱动方式的谐波分析

针对方波驱动方式下机械抖动激光陀螺抖动幅度控制的问题,对机抖陀螺抖动的稳态幅度和驱动信号的维持时间之间的关系进行了研究。分析了某型机抖激光陀螺抖动机构的工作特性,通过谐波分析法证明了方波驱动波形在驱动效果上可以近似的由其一次谐波来等效进行分析,得出了方波驱动方式下抖动稳态幅度与方波驱动信号维持时间之间满足正弦函数关系的结论。分析了某型机抖激光陀螺实际驱动信号波形,证明了实际情况下上述结论的有效性;通过仿真对文中的结论进行了验证。     

捷联惯导系统结构参数对机抖陀螺抖动幅度的影响特性研究

建立了单陀螺惯导系统等效二自由度模型，讨论了陀螺抖动频率随基础结构固有特性的变化规律，并利用数值试验的方法研究了基础结构与机械抖动系统的频率比、惯量比、基础结构的阻尼比以及陀螺抖动系统阻尼比对陀螺抖动幅度的影响规律。     

多凹点滤波器在LINS中的应用

分析了激光捷联惯性导航系统中的激光陀螺频谱特性,指出激光捷联惯性导航系统中三个激光陀螺的抖动频率会互相干扰。提出一种多凹点有限冲击响应低通滤波器频域设计方法,通过指定三个抖动频率点幅值为小量,在幅频特性曲线上产生三个凹陷点。该滤波器采用标准滤波算法,同时实现了对激光捷联惯性导航系统三个激光陀螺的滤波和机抖信号的陷波。给出了一个24阶多凹点滤波器设计实例,幅频特性分析说明,由于三个陷波点的集中,该滤波器还可以在机抖频率可能存在的频段上,提供额外的80 d B以上的衰减,可防止激光陀螺抖动频率漂移后陷波性能下降。试验结果表明,多凹点滤波器输出数据波动幅度比原激光捷联惯性导航系统使用的滤波器结果减小5~8倍,三轴摇摆试验的导航精度也有一定提高。     

二频机抖激光捷联系统结构振动分析

二频机抖激光捷联系统中三个激光陀螺抖动会引起惯性器件的耦合振动,产生系统抖动耦合误差,导致惯导系统导航精度下降。二频机抖激光陀螺捷联惯导系统机械结构较为复杂,很难通过解析法求解其振动特性。作者采用有限元方法对二频机抖激光陀螺进行了正弦信号驱动下的瞬态响应分析,并在正弦信号中加入了抖动随机信号,实现了机抖激光陀螺工作状态的仿真。此外,还对二频机抖激光捷联系统的振动特性进行了瞬态响应分析,掌握了系统的耦合振动情况,并进行了功率谱分析。这为激光捷联系统的频率搭配最优化提供了分析方法,对高精度二频机抖激光捷联系统的设计有重要意义。     

机抖激光捷联惯导系统静态圆锥运动形成机理

以三轴机械抖动激光陀螺捷联惯导系统为研究对象,利用数值仿真方法,详细讨论了静态环境条件下圆锥运动的形成机理以及机械抖动激光陀螺的惯性参数对惯导系统圆锥运动的影响规律。研究认为,在静态环境条件下,惯导系统的质量分布特性不是产生圆锥运动的原因;惯导系统在静态环境条件下出现的圆锥运动是由于机械抖动陀螺抖动机构的三类不平衡——静不平衡、动不平衡和配不平衡造成的。     

数字机械抖动控制的一种改进方案及噪声注入方法

数字机械抖动控制是机抖激光陀螺小型化发展的关键技术,有必要对其进行详细探讨。与模拟机械抖动电路的正弦波驱动方式不同,数字机械抖动电路采用方波驱动方式,具有其特殊性,本文主要关注数字机械抖动控制系统的两大关键问题,抖动效率问题和随机噪声注入问题。首先,在介绍抖动机构传递函数的基础上,分析了数字抖动控制原理,指出由于附加相位导致谐振频率偏离进而影响抖动效率的问题,基于此提出了通过移相来保证高抖动效率的方法;文中还关注数字抖动系统注入随机噪声的方法,经过计算,指出了向数字抖动控制系统注入抖动随机噪声的特殊性,并给出了一种利用软件对随机数进行处理以注入随机噪声的方法。实验结果表明,经过改进的数字机抖控制回路能够保证陀螺抖动在谐振点且抖动效率提高30%,同时采用新方法注入的抖动随机噪声保证陀螺消除动态闭锁误差。     

激光陀螺抖动偏频解调与微小角速度检测

—本文讨论了激光陀螺抖动偏频解调与微小角速度检测的主要技术难点。针对难点，在整周期采样解调基础上提出了脉冲边沿触发鉴相解调方案，同时对该方案的合理性进行了详细分析和理论证明。文章最后指出，该方案对大角速度的高精度检测同样适用。     

机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差参数估计与补偿

针对振动环境下机抖激光陀螺敏感轴产生动态偏移造成惯导系统精度下降的问题,从理论上推导了机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差模型,并结合工程实际建立了简化的误差模型;在此简化误差模型基础上,推导了陀螺敏感轴动态偏移造成的等效陀螺漂移与比力、角速度的耦合关系;将机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差归结为9个待辨识参数,针对该模型中的待辨识参数设计了标定方法,并给出了标定实验设计原则;以姿态误差为观测量进行振动实验对待辨识参数进行估计,振动实验结果表明,在10 min线振动时间内,机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差补偿后,捷联惯导系统纯惯导速度误差减小30%以上。     

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。     

Preface: Current research progress on mechanics of high speed rail

The construction and operation of high-speed rail（HSR）grid within the past two decades in China,in terms of the scale,may be possibly comparable to any national-wide construction in the history of China,even the Great Wall.By counting railways with commercial train service at the speed of200 km/h,China has the world’s longest HSR network with over 19 369.8 km of track in service today and this number     

ACTA MECHANICA SINICA 2014 ANNUAL SUBJECT INDEX

正~~     

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.