基于低温物理效应的新型超高精度陀螺仪研究综述

综述了基于低温玻色—爱因斯坦凝聚状态新物理效应的量子陀螺和超流体陀螺的研究动态。对两类新原理陀螺所使用的物理效应、工作原理、技术现状等方面进行了阐述。量子陀螺依据物质波的Sagnac效应测量角速率,具有比光学陀螺高若干数量级的测量精度;基于超流体低粘性和量子涡旋特性的超流体陀螺,原理上有望达到超高精度。最后分析了两类陀螺的发展前景。     

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。     

基于粒子滤波的光纤陀螺寻北方案

为了降低噪声对光纤陀螺（FOG）寻北的影响,提高寻北速度和精度,提出了一种基于粒子滤波（PF）的光纤陀螺寻北方案。首先基于单轴光纤陀螺能够敏感地球自转角速率水平分量的输出特性,建立非线性光纤陀螺寻北系统的状态空间模型和观测模型。根据粒子滤波的基本原理,以及在解决非线性系统估计问题上的优势,利用粒子滤波来解算出光纤陀螺敏感轴与真北方向的夹角。仿真实验结果表明,该方案不仅可以在20至30倍采样时间间隔内快速获得寻北结果,而且可以有效解决光纤陀螺常值漂移和随机噪声的影响,其精度优于基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的寻北结果。     

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。     

布里渊光纤陀螺增大动态范围新方案

针对布里渊光纤陀螺动态范围较小的问题,在比较了以往各种方案动态范围的基础上,提出了一种基于光强补偿的布里渊光纤陀螺动态范围增大方案.该方案使用大功率窄带激光器做泵浦源,在光路中引入光衰减器以及分光比不对称的耦合器,并通过反馈回路对两路光光强进行实时调节,从而可以消除泵浦游走效应对布里渊光纤陀螺动态范围的影响.通过分析和...     

单片集成MEMS陀螺数字闭环接口ASIC电路设计

为提高MEMS陀螺的线性度和稳定性,设计了适用于电容式MEMS陀螺的数字式双闭环接口电路。首先,概括了接口电路的系统结构,包括电容/电压转换电路、高精度模数转换器、数字信号处理等模块。然后,设计了基于自动增益控制的陀螺驱动闭环控制系统,并分析了驱动闭环稳定性条件,为驱动闭环系统的快速调试提供理论指导。最后,提出了一种基于四阶机电结合∑△调制器原理的陀螺敏感闭环检测系统。接口电路在0.18μm高压CMOS工艺平台上完成流片,并且与MEMS陀螺结构封装在一个管壳中进行测试验证。测试结果表明本接口电路的优越性能:在±500°/s量程下陀螺非线性度达到52.8 ppm,陀螺零偏不稳定性为0.58°/h(Allan方差),角度随机游走等于0.07°/h~(1/2),满足高性能MEMS陀螺对高线性度、高稳定性接口电路的应用需求。     

在飞航导弹中用星敏感器修正捷联惯导陀螺漂移

星敏感器是一种高精度的姿态测量装置。研究了星敏感器和陀螺的特点,对星敏感器工作原理和修正陀螺漂移技术进行了原理分析。在不利用外界提供的姿态和位置信息的情况下,采用卡尔曼滤波的信息融合算法,建立组合导航系统的状态方程和量测方程,利用星敏感器输出的载体相对于惯性空间的姿态信息来修正捷联惯导的陀螺漂移。设计飞航导弹的典型飞行轨迹,通过数学仿真,对上述算法的有效性进行了验证,结果表明星敏感器能够有效地补偿捷联惯导由于陀螺漂移带来的误差,明显提高了导航定位精度。     

一种新的旋转调制捷联惯导系统

随着光学陀螺等对重力加速度不敏感的陀螺器件的逐渐完善,一种源于静电陀螺的旋转调制技术备受关注,从而建立基于相对廉价的光学陀螺的高精度惯性导航系统成为可能.通过对单轴和双轴旋转调制技术原理和局限性的分析,提出了一种四陀螺双单轴旋转调制捷联惯导系统,并详细分析了旋转轴的不对准误差、惯性器件测量轴的不对准误差、常值漂移误差、...     

集成化光纤陀螺设计、制造及未来发展

针对光纤陀螺尺寸、重量、成本等指标无法满足轻小型高精度应用需求的问题,采用集成化手段实现光纤陀螺综合性能提升逐步成为了目前的研究热点。首先分析了国内外干涉式光纤陀螺几种典型的集成方案:主要分为光学器件集成和敏感环圈集成,重点梳理了集成化光纤陀螺在设计方法、制造工艺以及样机研制方面的最新研究成果;随后介绍了所在科研团队在集成化光纤陀螺核心部件和原理样机方面的研究进展,阐述了集成化光学陀螺优化设计方案。优化设计后的陀螺零偏稳定性达到0.048°/h,整机尺寸仅为35 mm×35 mm×35 mm;最后对集成化光纤陀螺的发展趋势进行了展望,指出基于光学器件集成的光纤陀螺具有极佳的综合性能优势,有望在短期实现系统的快速应用。     

硅微谐振加速度计交流检测信号解耦技术

硅微谐振加速度计以高精度的频率信号输出及潜在的敏感结构与处理电路实现一次集成的优势,成为硅微传感器研制的热点之一。针对交流检测信号耦合效应对硅微谐振加速度计性能的重要影响,在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从结构和电路两方面研究了交流检测信号耦合效应的来源,分析了耦合效应对检测电路和闭环控制精度的影响。采用双质量块结构方案和电路优化设计所研制的硅微谐振加速度计,基频为15 kHz,标度因数为36 Hz/g,量程为±30 g。试验证明耦合效应对仪表性能的影响降低到0.3 mg以内。     

静电陀螺监控器赤道陀螺仪低纬度下的随动性能

静电陀螺监控器赤道陀螺仪处于低纬度地区启动或运行时,易出现未捕获的问题。针对该问题,通过仿真及试验,探明了在无减速器随动系统的复示误差发生变化的情况下赤道陀螺仪方位环随动系统性能与h角及所处纬度等的关系,进而揭示了在低纬度地区静电陀螺监控器赤道陀螺仪易出现未捕获问题的原理所在。同时证明了高品质、高动态性能的静电陀螺监控器无减速器复示系统及高度环、方位环随动系统是十分重要的。     

空间干涉式MOEMS陀螺的实验研究

提出一种基于微镜构成的空间螺旋光路的干涉式MOEMS陀螺,并对其进行了原理验证实验研究。此种光路结构中光束在自由空间传播,可减少损耗;无耦合问题,无背向散射;无运动部件,并且可利用微光机电工艺进行加工。在理论分析的基础上,通过实验设计,利用锁相放大器等对处于一定转速转台上陀螺的输出信号进行检测,得到的转台转速与实际转速比较结果非常接近,实现了陀螺的Sagnac效应原理验证,零漂8.16(°)/h。     

布里渊光纤陀螺克尔效应误差消除方法

针对克尔效应对布里渊光纤陀螺输出结果的影响,建立了基于方波调制的布里渊光纤陀螺克尔效应理论模型.分析表明,由克尔效应引起的陀螺误差不仅与光纤环内两相反方向光束的光强差有关,还依赖于两路泵浦光频率调制的幅度.通过适当调节两光束的频率调制幅度,可有效实现克尔效应误差的消除.该方法实验装置简单,对调制频率要求低,是消除布里渊光纤陀螺克尔效应的有效方法.     

调宽控制平台稳定系统对陀螺漂移影响的研究

介绍了在平台式惯导系统中,由脉冲调宽加矩方式控制的惯性稳定平台的角振动对陀螺漂移的因素,通过对平台稳定系统的动态仿真,得出了它螺漂移与采用脉宽调制工作的稳定回路参数之间的关系,为惯性平台稳定回路的设计提供重要的数据依据。     

The oscillatory behavior, static and dynamic analyses of a micro/nano gyroscope considering geometric nonlinearities and intermolecular forces

The nonlinear dynamic and static deflection of a micro/nano gyroscope under DC voltages and base rotation are investigated. The gyroscope undertakes two cou- pled bending motions along the drive and sense directions and subjected to electrostatic actuations and intermolecular forces. The nonlinear governing equations of motion for the system with the effect of electrostatic force, intermolecular tractions and base rotation are derived using extended Hamilton principle. Under constant voltage, the gyroscope finds the preformed shape. First, the deflection of the rnicro/nano gyroscope under electrostatic forces is obtained by static and dynamic analyses. Furthermore, the static and dynamic in- stability of the system are investigated. Afterward the oscillatory behavior of the pre-deformed micro/nano gyroscope around equilibrium is studied. The effects of intermolecular and nonlinear parameters on the static and dynamic de- flection, natural frequencies and instability of the micro/nano gyroscope are studied. The presented model can be used to exactly determine static and the dynamic behavior of vibratory micro/nano gyroscopes.     

On parameter characteristics of chaotic synchronization in two nonlinear gyroscope systems

In this paper, the partial and full chaotic synchronizations of two nonlinear gyroscope systems with/without noise are investigated. From analytical conditions for synchronization and non-synchronization of two gyroscope systems, the parameter characteristic study is completed for a better understanding of the synchronization dynamics of two gyroscope dynamical systems. The boundaries of the parameter map for synchronization are determined by the onset and vanishing conditions of synchronization. The simple feedback control can make the noised gyroscope system synchronizing with chaotic behaviors of the expected gyroscope system. The methodology presented in this paper is different from other techniques for synchronization. The partial synchronization is an important phenomenon to be observed in engineering applications.     

陀螺马达电源的研究

本文讨论了三相交流陀螺马达电源的工作原理。根据主要技术指标的要求，设计了陀螺马达电源，给出了该电源的各个组成部分的线路设计，解决了研制中出现的电源振荡问题，论述了该电源的设计特点，给出了使用结论     

均匀设计及其在捷联惯导系统精度分析中的应用

本将均匀设计思想应用于捷联惯系系统精度分析,研究了IMU误差对捷联惯导系统定位精度的影响,建立了位置偏差的回归模型,分析了精度影响因素的主次,并研究了陀螺仪与加速度计性能指标之间的匹配问题。     

Generalized reduced-order hybrid combination synchronization of three Josephson junctions via backstepping technique

In this paper, active backstepping design technique is applied to achieve reduced-order hybrid combination synchronization and reduced-order projective hybrid combination synchronization of three chaotic systems consisting of: (i) two third-order chaotic Josephson junctions as drives and one second-order chaotic Josephson junction as response system; (ii) one third-order chaotic Josephson junction as the drive and two second-order chaotic Josephson junctions as the slaves. Numerical simulations are performed to verify the feasibility and effectiveness of the analytical results. Reduced-order combination synchronization has more valuable practical applications to information processing in physical, biological, and social systems than the normal one master system and one slave system synchronization scheme.