激光陀螺漂移数据建模及分析

根据激光陀螺漂移数据中存在的多种噪声及其特点，针对激光陀螺漂移数据建模问题，比较了几种建模方法，认为DDS法有较好的实用性，并利用该方法对激光陀螺漂移数据进行了建模，得出了实测的激光陀螺漂移数据的模型。采用了多种检验方法对所建模型进行了检验。检验结果表明，用DDS法对激光陀螺漂移数据建模是合适的。     

光电稳定平台中陀螺随机漂移的处理方法

在详细分析陀螺随机漂移对光电稳定平台精度影响的基础上,提出了Allan方差与功率谱相结合的分 析和评价标准,采用了时间序列分析法进行建模.针对光电稳定平台不同的应用环境,分别比较了陀螺随机漂移的处理方法.实验证明,前向线性滤波在中高频段的噪声滤除方面,要优于低通滤波器;同时在保留低频段的有用信号和了解噪声特性方面,要优于卡尔曼滤波:而且在实时的在线应用方面,要优于小波滤波.结果表明:前向线性滤波适合于高带宽光电稳定平台系统的实时在线应用.     

基于扫频振动环境的燃气陀螺仪动态漂移控制技术

燃气陀螺仪是一种依靠火药燃气驱动的陀螺本体为机械框架式结构的惯性陀螺仪,它能够准确地测出弹体在飞行过程中随时间变化的姿态角,是弹体控制回路中的关键测量部件,其在不同振动环境中的漂移控制技术对制导武器弹体姿态的准确测量非常重要。本文利用欧拉方法,推导了陀螺仪的测量原理和漂移产生机理,分析了摩擦力矩、不平衡力矩,以及弹体环境施加的外力矩对陀螺漂移度的影响,并设计燃气陀螺仪的扫频振动试验找到陀螺对外加力矩的敏感频率。试验结果表明,在敏感频率400～800Hz范围内,通过改善弹体安装环境,可将陀螺仪漂移从大于3°减少至0.5°范围内。该方案具有较高的工程实用价值。     

单轴旋转SINS方位陀螺漂移分析与估计

单轴旋转SINS的方位陀螺漂移对长航时导航精度至关重要,方位陀螺漂移的估计是单轴旋转SINS的关键技术之一。通过对单轴旋转SINS方位陀螺漂移估计的主要影响因素进行分析,提出将水平阻尼网络引入到导航流程中,建立带水平阻尼网络的误差模型,利用位置匹配Kalman滤波对方位陀螺漂移进行估计,并设计了一种合理的估计流程,能够全面估计出惯性器件零偏,保证了方位陀螺漂移的估计精度。数学仿真和海上试验结果表明,对陀螺角度随机游走系数约为0.001(°)/h～(1/2)的SINS,经过6 h的估计流程后方位陀螺漂移估计精度优于0.001(°)/h,估计完成后转入纯惯性导航定位精度优于1.5 n mile/24 h(max),验证了该方法的可行性。     

单轴旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑制

为了提高惯导系统长时间导航精度,采用旋转调制技术将惯性器件误差调制成周期性变化信号,抑制惯导系统误差发散.首先,基于惯性测量单元的误差模型,阐述了旋转调制技术的基本原理.然后,将激光陀螺慢变漂移建模成一阶马尔可夫过程,基于一阶马尔可夫过程的自相关函数,理论分析了旋转调制技术对激光陀螺慢变漂移的抑制.最后进行了仿真与试验...     

激光陀螺漂移的研究方法（一）

在研究环形激光陀螺的漂移时,许多文献仅采用Allan方差方法进行误差分析.Allan方差没有包含导航用的"零偏不稳定性"项,而实际导航受此项的影响很大,因此只能以经典方差来衡量陀螺的性能,而把Allan方差仅作为一种辅助手段.通常文献采用Allan方差方法分析时,其噪声在频域的表达式(功率谱密度)是建立在频率的不同幂次的基础上,变换成时域表达式得到各项方差.由于此功率谱密度存在不合理,导致诸多矛盾.文中指出这些矛盾,并以实验数据为证,说明这一分析方法不论是逻辑还是在讨论实验数据时都会产生不合理的结果.彻底的解决办法将见续文,它提出用各种阻尼振荡的频带之和作为噪声的功率谱密度.     

光纤陀螺热致漂移误差的模糊补偿(英文)

针对光纤陀螺启动过程中的热致漂移误差问题,研究了一种模糊模型补偿方案。依据Shupe非互易性理论和Mohr加热模型试验的结论,以光纤环内侧温度和温度变化率为输入,以陀螺漂移为输出,建立了二输入一输出模糊模型。利用全温范围(-25℃～45℃)内光纤陀螺的恒温静态试验数据,基于自适应神经网络模糊推理系统的自学习功能,辨识出模糊规则库。通过实时施行模糊推理可实现光纤陀螺温度漂移的在线自动补偿。室温验证试验表明,陀螺的零偏稳定性由补偿前的0.037(°)/h提高到0.017(°)/h,陀螺启动时间由补偿前的30 min减少为2 min。     

动力调谐陀螺静态漂移的非线性时间序列建模

动力调谐陀螺仪受陀螺仪自身工艺及各种电气因素影响,其随机漂移往往表现出非线性性质,利用线性随机建模方法并不能表现出随机漂移的非线性。作者通过传统的24位置测试获得动力调谐陀螺仪的静态漂移数据,然后对数据进行预处理(如,去除野点,进行数据平滑并利用小波分解提取趋势项),提取出随机漂移数据,并采用非线性AR时间序列方法对处理后的这些漂移数据进行建模。模型适用性检验结果表明,所建立的非线性AR模型可以很好地拟合动力调谐陀螺随机漂移,适用于描述动力调谐陀螺仪随机漂移特性。     

大载荷下线振动微机械陀螺谐振频率漂移特性

线振动 MEMS 陀螺在大载荷条件下,驱动轴与检测轴的谐振频率会发生漂移,频差随载荷变大.这类型振动陀螺为了提高灵敏度往往将两个振动轴的谐振频率设计得尽量靠近,但当角速率载荷较大时,两个振动轴的谐振频率将发生分裂漂移,彼此互相远离.漂移量与向心加速度无关,近似与角速率载荷的平方成正比,且两轴的谐振频率越靠近漂移越剧烈.考虑到 Coriolis 效应的弹簧质量块二维振动数学模型可定量描述该现象,表明此现象为线振动陀螺 Coriolis 效应的一部分.理论分析、仿真研究和实验数据的不同角度对这种频率漂移特性的分析结果吻合良好,为进一步结构优化奠定了理论基础.     

车载RINS方位陀螺温度漂移模型在线修正方法

方位陀螺漂移是影响车载旋转调制惯性导航系统（RINS）精度的重要因素。针对长期使用中方位陀螺温度漂移模型逐渐失效而导致补偿效果下降的情况,提出了一种基于遗忘因子最小二乘的车载RINS方位陀螺温度漂移模型在线修正方法。利用车载实验中停车阶段的速度作为量测,通过Kalman滤波器对方位陀螺漂移进行估计,之后采用遗忘因子最小二乘对陀螺漂移模型进行在线修正。仿真结果表明所提出的方法可以对陀螺漂移模型进行有效修正。车载导航试验表明,车载RINS系统工作一年以上的时间后,利用所提方法对初始的漂移模型修正后,导航过程最大径向位置精度可提升78%,验证了所提出的方法的有效性。     

比力对半球谐振陀螺仪解算精度的影响

为了分析半球谐振陀螺仪非敏感轴X、Y轴存在比力输入时,对输出角速率解算精度的影响,首先,利用环形谐振子的动力学方程,得到了径向振动方程。然后,分析了存在比力输入时,谐振子唇沿中心将偏移激励器和位移传感器所确定的圆心,并根据闭环检测原理,推导了陀螺仪解算角速率误差的表达式,仿真计算了相对偏移量对输出结果的影响程度。最后,利用分度头进行了非敏感轴的多位置翻滚试验,验证了输出中存在与非敏感轴比力输入有关的误差。     

半球谐振子密度分布不均匀对输出精度的影响

为了研究半球谐振子环向密度分布不均匀对输出精度的影响,首先推导了位置激励表达式,利用解微分方程的布勃诺夫-加廖尔金法建立了谐振子环向密度分布不均匀的动力学方程,然后根据动力学方程并利用平均值法推导了含有密度四次谐波误差的短时间内的漂移模型,最后根据Runge-Kutta法对系统长时间漂移进行了仿真计算,通过计算可知当密度四次谐波幅值为0.0001 kg/m3时,角位置1h内的漂移达到0.03°,因此在加工工艺过程中密度四次谐波应小于此值或采用其他方式加以补偿.     

A priori stability estimates and unconditionally stable product formula algorithms for nonlinear coupled thermoplasticity

This article describes new a priori stability for the full nonlinear systems of coupled thermoplasticity at finite strains and presents a fractional step method leading to a new class of unconditionally stable staggered algorithms. These results are shown to hold for general models of multiplicative plasticity that include, as a particular case, the single-crystal model. The proposed product formula algorithm is designed via an entropy based operator split that yields one of the first known staggered algorithms that retains the property of nonlinear unconditional stability. The scheme employs an isentropic step, in which the total entropy is held constant, followed by a heat conduction step (with nonlinear source) at fixed configuration. The nonlinear stability analysis shows that the proposed staggered scheme inherits the a priori energy estimate for the continuum problem, regardless of the size of the time-step. In sharp contrast with these results, it is shown that widely used staggered methods employing an isothermal step followed by a heat conduction problem can be at most only conditionally stable. The excellent performance of the methodology is illustrated in representative numerical simulations.     

On accuracy and efficiency of constrained reinitialization

The reinitialization, which is required to regularize the level set function, can be computationally expensive and hence is a determining factor for the overall efficiency of a level set method. However, it often has a significantly adverse impact on the accuracy of the level set solution. This short note is meant to shed light on the efficiency and accuracy issues of the reinitialization process. Using just one clearly defined level set propagation test case with an analytical solution the solutions obtained using a recently proposed efficient lower‐order constrained reinitialization (CR) scheme and standard low‐ and high‐order reinitialization schemes are juxtaposed to evidence the superiority of the novel CR formulation. It is shown that maintaining the location of the zero level set during the reinitialization is crucial for the accuracy and that the displacement caused by standard high‐order reinitialization schemes clearly outweighs the benefit of the high‐order smoothing of the level set function. Finally, results of a three‐dimensional problem are concisely reported to demonstrate the general applicability of the CR scheme. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

On the accuracy of velocity and vorticity measurements with PIV

A number of numerical techniques aimed at improving the accuracy of measurements using the correlation approach in Particle Image Velocimetry, PIV, are proposed and investigated. In this approach the velocity (displacement) is found as the location of a peak in the correlation map. Based on an experimental model the best performing peak finding approaches are selected among different strategies. Second, an algorithm is proposed which minimizes errors on the estimates of vorticity using velocity distributions obtained by means of PIV. The proposed methods are experimentally validated against a flow with known properties. Work supported by NASA Ames Research Center