基于FPGA的硅微机械陀螺特性曲线可重构测试

设计了一套基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的硅微机械陀螺特性曲线可重构测试系统,能够同时测试出硅微机械陀螺的驱动频率特性以及驱动模态到敏感模态的正交耦合特性。基于SOPC(System On a Programmable Chip)嵌入式软件编写程序,采用扫频方法从驱动激励端输入一系列由低频到高频的正弦激励信号,在驱动检测端输出,可以扫描出驱动模态的频率特性曲线,同时在敏感检测端输出,可以扫描出驱动模态到敏感模态的正交耦合特性曲线。根据驱动模态的频率特性曲线,能够测量出驱动模态在谐振频率点的相位特性(代表了整个环路的真实相移),据此能够使闭环控制回路精确工作在谐振频率点。此外,改变SOPC嵌入式软件程序,也可以直接实现闭环驱动控制与敏感解调输出,而不需要额外的硬件开销。     

硅微陀螺数字化双闭环驱动控制方法

为了提高硅微机械陀螺的性能,基于FPGA设计并实现了一种数字化双闭环驱动控制电路.介绍了通过相位控制实现频率跟踪和直流控制实现幅值稳定的驱动控制原理,采用FPGA扩展ADC、DAC的方法设计出相应控制回路.分别采用扫频和直流扫描测试的方法确定回路中相位偏差到频率调整量与幅度偏差到电平调整量的转换系数.利用Xilinx ISE软件设计了硬件接口、参数解算、滤波处理、信号生成等逻辑;利用EDK软件设计了数据存取、控制算法、扫频测试、串口通讯等程序.试验结果表明,系统稳定工作后,频率跟踪误差与幅度控制相对稳定性分别在10-6和10-4量级上.     

利用一颗地球静止卫星实现快速寻北的方法探讨

针对部分地区无法同时观测到“北斗一号”系统两颗工作卫星信号的情况,提出了仅利用一颗地球静止卫星实现快速寻北的思路。对平台未调平引入的系统方位误差进行了详细分析,并作了数学仿真。结果表明,当平台倾斜角不超过0.05°时,在双星服务区内引入的平均方位系统误差约为0.0245°。该方法未来的工程实现可应用于地面惯性导航系统快速方位对准。     

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.     

MEMS-IMU/GPS组合导航中的多模态Kalman滤波器设计

一般的Kalman滤波器要求有准确的动态和统计模型,而低成本的MEMS-IMU性能随着温度急剧变化,故在MEMS-IMU/GPS组合导航系统中使用一般的Kalman滤波器存在很多的局限性。针对低成本的MEMS-IMU/GPS组合导航系统,提出了多模态自适应滤波算法在MEMS-IMU/GPS组合导航系统中的应用;针对普通的多模态算法中的问题,采用修正的多模态自适应滤波算法来提高MEMS-IMU/GPS组合导航系统的性能。使用静态实时测试数据,验证了所提出的算法。测试结果表明,与普通Kalman滤波器相比,修正的多模态滤波算法提高了MEMS-IMU/GPS组合导航系统的性能;采用所提出的算法,MEMS-IMU/GPS组合导航系统的短时间静态位置精度小于5m(标准差),速度精度小于0.1m/s(标准差),姿态角精度小于0.5°(标准差)。     

高精度加速度计A/D转换电路的温漂补偿

从理论上分析了温度变化对高分辨率A/D转换芯片输出的影响,通过静态试验建立了加速度计输出与A/D转换电路温漂之间的关系,并依照这种关系对加速度计输出进行了补偿,补偿后加速度计输出精度得到了明显提高。     

线性时变模型的求解及其在惯导误差旋转抑制中的应用

讨论了线性时变状态空间模型的求解方法,针对惯性导航旋转误差抑制问题,对建立的齐次时变模型进行转化,得到等价的非齐次定常模型。求解该模型,并推导了单向旋转和往复旋转条件下,由陀螺漂移激励的导航误差的解析表达式;利用线性系统的可加性,分析了转动对于其它误差源抑制的可行性;此外,还指出了转动条件下的误差谐振旋转频率。通过设计仿真模型,对比了静态和转动条件下的导航误差,表明针对该时变系统的求解方法有效,惯性导航动态误差分析导出的结论正确,为高精度航海导航系统的工程实现提供了有益的理论指导。     

滤波技术在MIMU温度漂移补偿中的应用

为了提高MIMU的零偏稳定性,研究了MIMU的温度特性.通过温度实验,建立了微机械陀螺及加速度计漂移的温度补偿模型.陀螺零偏稳定性由补偿前的126.324(°)/h改善到9.612(°)/h,加速度计偏值稳定性由补偿前的0.8 36 mg改善到0.216 mg.分析了温度测量噪声的影响,对补偿模型进行了改进.将温度的测量值经过KaIman滤波之后用于补偿,可以进一步提高性能:陀螺零偏稳定性由9.612( °)/h改善到8.964( °)/h,改善了6.7%;加速度计偏值稳定性由0.216 mg改善到0.176 mg,改善了18%.实验结果表明,将温度测量值进行适当的滤波处理后用于补偿模型,补偿效果比不经过处理进行补偿的结果更优.利用Kalman滤波技术降低温度测量值的噪声,最终降低补偿结果的噪声也是文中的一个创新点.