海洋重力传感器伺服回路分析与设计

海洋重力仪是改善舰船惯导系统精度的重要设备，其重力传感器的伺服回路决定着仪器的精度和动态性能。作在介绍零长弹簧海洋重力传感器结构原理的基础上，研究其伺服回路的结构组成和设计方法，分析了其主要环节参数对系统性能的影响，考察了其时域性能，对海洋重力仪的研制具有重要指导作用。     

具有硬弹簧非线性的MEMS振动式陀螺仪驱动模态控制方法（英文）

当振动式MEMS陀螺仪的驱动模态的振幅较大时,驱动模态中的硬弹簧非线性将变得显著。在驱动模态具有此非线性的情况下,比较了MEMS陀螺仪中常用的两种控制方法,即锁相环驱动和自激驱动。由于非线性模态在频域內的相位响应有迟滞效应,锁相环驱动方式不能稳定地锁定非线性模态的谐振频率。然而得益于自激驱动方式的工作原理,自激方式可以将非线性模态驱动在谐振点上。提出了一种改进的数字锁相环驱动方式。该改进的驱动方式以较大的驱动力为代价,提高了控制回路的稳定性。实验结果与仿真结果相一致,并且验证了所提出的驱动方式的可行性。     

双质量硅微机械陀螺仪带宽拓展系统设计

检测开环状态下,微机械陀螺的实际工作带宽约为驱动和检测模态固有频率差值(?f)的一半,而陀螺结构的机械灵敏度与Δf成反比,较高的机械灵敏度有助于优化陀螺的噪声特性。本文提出了一种较为通用的陀螺带宽拓展方法,在使陀螺拥有较好的机械灵敏度基础上有效提高陀螺带宽以增强其动态环境适应性。首先,建立了陀螺检测系统的模型,并进一步得到了陀螺结构的传递函数和机械带宽。其次,分析了带宽拓展控制器的系统特性,设计了基于比例-积分串联相位超前控制方法的带宽拓展控制器,并对其进行了系统级和电路级仿真,验证了设计参数。最后进行了测试,结果表明采用本文所述方法可将陀螺带宽从原有的13 Hz拓展到了104 Hz,且具有较好的带内平整度,验证了设计方案。     

一种用于重力测量信号畸变校正的盲反卷积算法（英文）

强阻尼和大时间常数是海洋重力仪的共同特性,它们在抑制垂直方向上干扰加速度的同时也造成了重力仪测量信号的幅值衰减和相位滞后。为了校正重力测量信号的畸变,获得高精度的重力异常信号,在分析重力仪和重力测量信号畸变原理的基础上,提出了一种单通道Bussgang算法,并应用于重力测量信号的畸变校正。该方法首先将盲反卷积滤波器近似简化为FIR模型,然后采用常数恒模算法对Bussgang均衡器权系数进行更新,并在此基础上对反卷积滤波器进行了估计,最后基于实测重力信号将该方法与Kalman逆滤波进行了试验对比。理论分析和试验结果表明,该重力信号畸变校正方法能有效地消除重力测量信号的畸变,且校正效果明显优于Kalman逆滤波,其校正后信号相对于原始信号的标准差为0.328×10-5 m/s2,而Kalman逆滤波校正标准差为1.838×10-5 m/s2。     

二元光学超光谱成像仪分光系统设计

二元光学元件用作透镜在原理上色差非常大,若不在设计上做出补偿,则会限制其在宽波段上使用。阐述了利用二元光学元件色散特性的新型超光谱成像仪的基本原理和应用前景。由于国内加工衍射透镜工艺条件的限制,提出利用折衍混合透镜代替衍射透镜来实现色散和成像,介绍了此透镜系统的设计方法,利用光学设计软件进行分析和评估,希望对二元光学超光谱成像仪的设计具有指导意义。     

一种基于多参考信号ICA的重力信号提取方法

海洋重力测量包含大量噪声,其中的低频噪声与重力信号频率相近,常用算法难以有效抑制测量噪声提取重力信号。为了有效地消除海洋重力测量信号的噪声,提高信号的获取精度,根据独立分量分析理论,提出一种基于多参考信号独立分量分析的重力信号提取方法。采用经验模态分解将海洋重力测量信号分解为固有模态分量,同时采用卡尔曼滤波以及小波分解等算法处理重力测量信号,将卡尔曼滤波器和小波分解的滤波结果以及由固有模态分量重构的信号作为独立分量分析算法虚拟通道的参考信号,应用基于负熵的独立分量分析算法估计重力信号。基于实测重力信号对该方法进行了去噪试验,理论分析和试验结果表明,多参考信号独立分量分析的重力信号提取方法能有效的抑制干扰和恢复重力信号波形,与常用的重力信号处理算法相比,海洋重力数据的获取精度大约提高了30%。     

基于DSP的主从式紧耦合捷联导航计算机

为了减小捷联系统的体积,重量和功耗,研制了一种主从式紧耦合双处理器结构的导航计算机。以数字信号处理器（DSP）作导航算法处理机,以单片微控制器作I／O接口处理机,二以互中断高速并行接口相联,软件采用主从流水线协议。双机协同流畅,处理速度快,满足了一些捷联系统对导航计算机在数据吞吐和处理能力以及体积、重量、功耗诸方面的要求。     

高精度海洋重力测量中厄特弗斯改正误差分析

为有效减小厄特弗斯改正的误差,提高重力异常测量值的精度,在分析厄特弗斯改正计算模型的基础上,就载体的速度误差、航向误差及纬度误差对厄特弗斯改正误差的影响进行了仿真分析.在误差分析时,首先对厄特弗斯改正模型求取各变量的偏导,从而得到各变量与厄特弗斯修正误差之间的关系,并以此为基础采用三维视图和数字计算相结合的方法给出了具体的分析结果.仿真结果表明,速度误差是厄特弗斯改正误差的最大影响因素.在某一确定测量误差要求下,速度误差的精度要求随载体所处纬度和航向角的变化而变化;在φ:0°,A=90.时,要保证厄特弗斯改正误差小于0.1 mGal,载体速度测量误差需小于0.013m/s.     

MEMS陀螺仪结构模型及系统仿真

为了减小MEMS陀螺仪的正交误差，进一步提高陀螺精度，在Simulink环境中对陀螺结构和测控系统进行了建模和仿真。首先在理想状态的陀螺结构模型基础上建立了包含机械热噪声、模态间耦合等非理想因素的结构模型，并给出了陀螺结构的相关设计参数。其次在陀螺结构模型上以自激振荡和AGC控制技术为基础设计了驱动回路，该回路可在短时间内将驱动幅度稳定在10μm，且驱动频率为4048 Hz（驱动模态的谐振频率）。然后分析了模态间耦合信号的作用方式并建立了正交校正和检测闭环力反馈回路，仿真结果显示，在全闭环状态下检测模态所受耦合力的幅度比未校正状态下降了5个数量级，等效输入角速度也从205(°)/s下降到了6.58(°)/h。最后对陀螺模型进行了整体测试，得到其标度因数和阈值分别为21.76 mV/(°)/s和0.002(°)/s。     

双输入轴微机械陀螺仪的研究与进展

微机械陀螺仪是微机电系统（MEMS）研究的重要内容。双输入轴微机械陀螺仪可最大限度地发挥微结构的固有功能并实现最低成本。本综合了国内外在这方面的主要研究报道，概述各自的结构、工艺、测试和性能特点，以展示双输入轴微机械陀螺仪的发展历史与研究现状。