激光陀螺数字直流稳频系统设计

从激光陀螺稳频原理出发，分析了交流稳频和直流稳频的异同。设计实现了激光陀螺数字直流稳频系统，分析了控制系统的稳定性和误差并做了数字算法实现。最后试验验证了该系统的稳频性能，得到了优于交流稳频的效果。     

用G8051F120单片机实现激光陀螺小抖动稳频

介绍了C8051F120单片机的主要性能特点及其在激光陀螺稳频控制器中的应用。利用单片机定时器2的输出功能实现了激光陀螺的小抖动稳频。给出了该控制器的硬件结构和软件结构，并对实验数据和结果进行了分析。结果表明：该控制器在有效减小系统体积的情况下基本达到了预期的要求。     

用C8051F120单片机实现激光陀螺小抖动稳频

介绍了C8051F120单片机的主要性能特点及其在激光陀螺稳频控制器中的应用.利用单片机定时器2的输出功能实现了激光陀螺的小抖动稳频.给出了该控制器的硬件结构和软件结构,并对实验数据和结果进行了分析.结果表明:该控制器在有效减小系统体积的情况下基本达到了预期的要求.     

空间三轴机抖激光陀螺交流稳频系统设计

针对空间三轴机抖激光陀螺设计了交流稳频控制系统,分析了系统原理,进行了Simulink仿真建模和试验研究。在系统原理中分析了控制过程,推导了系统函数,通过Simulink交流稳频系统仿真建模摸索了空间三轴机抖激光陀螺交流稳频系统中PID参数对系统响应的影响,并得到了优化参数(K_P=0.048,K_I=0.0021,K_D=0.0037),为硬件调试提供了参考。将交流稳频控制系统应用于国产某型空间三轴机抖激光陀螺进行试验,试验结果显示通过PID参数调节后的交流稳频陀螺PZT码值变化平稳,陀螺静态脉冲输出稳定,与原直流稳频控制方法相比将空间三轴机抖激光陀螺的精度提高了20%。     

基于多周期测量的四频差动激光陀螺高精度信号解调

分析了四频差动激光陀螺信号的解调原理，针对采用频率测量计数解调方法存在脉冲量化造成的角速度测量分辨率低的问题，改用多周期测量来代替频率测量，大大提高了四频差动激光陀螺信号的解调精度。通过数字滤波器滤波处理，可以减少随机噪声干扰，进一步提高精度。为满足实时性要求，该方法采用FPGA来实现。实验表明，此方法提高了四频差动激光陀螺角速度测量分辨率，为快速高精度方位自对准奠定了基础。     

陀螺数字PID温度控制系统设计与实现

介绍了陀螺温控系统的传统控制方法,并在此基础上提出了基于PC/104的数字PID控制的陀螺温度控制方法。实验结果表明这种控制方法能够满足陀螺快速启动、并保持其内部工作温度恒定的精度要求。     

基于激光陀螺的稳定平台控制

针对舰载双轴稳定平台的控制技术研究,选用四频激光陀螺作为惯性角传感器,通过扫频辨识出控制对象的传递函数,再利用滞后型频率特性补偿器进行频率校正,设计出了速度与位置双闭环的伺服稳定控制系统。对设计的双轴激光陀螺稳定平台系统进行了仿真计算和实验测量,仿真与实验结果比较一致,主要参数为:设计的稳定平台控制系统静态力矩刚度达到了7.852×107 N.m/rad,阶跃响应的上升时间为30 ms,调整时间为150 ms,超调量为12%;当载体基座以幅值为17.661°、频率为0.437 Hz的正弦角速度扰动时,速度环稳定误差优于±0.05(°)/s,位置环稳定误差优于±3″。     

激光陀螺光路稳定技术的研究

为了稳定激光陀螺的光路，在陀螺控制系统中增设了角度控制。提供了一种分时控制系统，实现对角度控制器的各控制组件的分别控制和动态控制。实验结果表明，激光陀螺加上角度控制后，光强均值增大，均方差减小，曲线平坦，尤其在高低温情况下，角度控制能够改善陀螺掉光严重和无光的状态，使陀螺在任何温变下光强变化不超过15％，提高了陀螺耐高低温冲击的能力。     

激光陀螺电路系统的研制

本文分析了系统各部分的原理，给出了测试结果，介绍了系统特点，实验表明达到了引进系统的精度。     

小尺寸数字闭环光纤陀螺信号处理电路

数字闭环光纤陀螺信号处理电路通常由分立的器件构成,其体积较大,限制了光纤陀螺的体积。为了缩小光纤陀螺的体积。设计了一种通用型小尺寸数字闭环光纤陀螺信号处理电路,该电路采用一体化陶瓷外壳,不需要使用基板,通过系统级封装(SIP)的方式,把国产的前级放大器、数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、后级放大器以及串口收发器的裸芯片封装在外壳里,电路体积仅为14.6mm?14.6mm?2.5 mm,与采用分立的器件相比,光纤陀螺体积缩小了四分之一。电路可以实现光纤陀螺信号的采集以及调制波形的输出,实验结果表明,电路可以实现0.01(°)/h的光纤陀螺精度。     

三轴一体化光纤陀螺技术

为了实现光纤陀螺组合小型化、低成本和高精度,进行了三轴一体化光纤陀螺样机的研制。该样机包括光学表头和陀螺解算电路两部分,其中,三个安装在三维空间正交支架上的敏感线圈共用一个光源,并且和其它独立的光学器件组成光学表头。陀螺解算电路由一块FPGA芯片处理三路探测器输出信号,输出与角速度成正比的数字信号。与传统光纤陀螺组合相比,三轴一体化光纤陀螺的组合结构缩小60%,成本降低20%,功耗降低一倍,但制作工艺较复杂。经过测试,其性能和单轴陀螺相当。此项研究技术可广泛应用于对体积要求严格的战术型号上。     

基于数字滤波的激光陀螺数字信号处理算法

基于Sagnac效应的激光陀螺,信号输出为天然的数字形式,高速数字信号处理器为数字滤波提供了硬件平台,在现有研制精度和工艺水平下,激光陀螺输出信号的滤波算法好坏直接影响其精度。采集激光陀螺0.25 ms原始测试数据,并以此为研究对象,首先采用改进的FIR、IIR滤波算法进行了处理,然后从算法的实时性、处理精度等方面讨论了改进算法的优缺点,最后为激光陀螺选定了最优的滤波算法:IIR滤波+13阶FIR滤波。试验表明,相对于34阶FIR滤波,选定的滤波算法在不减低系统精度的基础上,将系统的时延从传统的3.625 ms降至1.805 ms左右,极大提高了制导系统的实时性,具有重要的工程参考价值。     

激光陀螺的光强稳定控制

针对国内稳流激光电源与激光陀螺理论要求不符这一问题,对激光陀螺光强稳定控制的理论、意义、难点及实现等各个方面的问题进行详细的讨论,提出抑制三种控制之间耦合效应的解决方案,根据所提方案设计完成基于TMS320F2812的激光陀螺三稳定全数字一体化电路系统,在国内首次实现激光陀螺光强稳定电源。最后用设计的电路系统对某型四频激光陀螺进行了各种实验。结果表明:电路系统在抑制三种稳定控制之间耦合效应方面是有效的、实用的;同时有效抑制了稳流电源下某型四频激光陀螺在高低温实验中零漂的剧烈振荡。理论和实验均证实稳流电源是不符合原理要求的,国内从激光陀螺开始研制至今仍然采用的稳流电源应该更换为光强稳定控制电源。     

激光捷联惯导系统的一种系统级标定方法

根据陀螺和加速度计的输出误差模型,从惯性导航基本方程出发推导了捷联惯导系统的系统级标定的一种误差参数标定模型,明确了该模型成立的条件,分析了该模型下惯性仪表24项误差参数的可辨识性,从而解释了已有文献未将惯性仪表24个误差参数完全辨识的原因,完善了该理论的完整性,并且提出了设计多位置翻滚实验的位置编排原则,给出了能够辨识出惯性仪表24项误差参数的标定方法.根据该位置编排原则可以找到多组可行的位置编排使得惯性仪表误差参数是可辨识的.该标定方法简单易行.     

激光陀螺随机漂移数据的非参数建模

随机漂移是激光陀螺的主要误差源,在惯性系统中不能用简单的方法加以补偿,因而其成为衡量激光陀螺精度的重要指标。建立误差模型并采用滤波技术滤波是抑制该项误差的有效方法。线性自回归滑动平均模型（ARMA）虽已形成相当完善的理论,但不能解释非线性现象。针对实际中出现的非线性现象,提出应用一类非参数模型（FARMA模型,即函数系数自回归滑动平均模型）对激光陀螺随机漂移数据进行建模,采用多项式拟合非参数系数,并将结果与ARMA进行比较。仿真结果表明,应用该模型能取得较好的效果,系数函数呈现非线性,实例验证了陀螺漂移是弱非线性的;建模后的残差平方和小于利用ARMA理论建模得出的残差平方和。     

激光陀螺反射镜散射检测方法

闭锁效应是影响激光陀螺性能的重要因素,而光束在反射镜表面反射时的背向散射则是形成闭锁效应的主要原因。基于矢量叠加理论,对激光陀螺反射镜背向散射对谐振腔总背向散射的影响进行了分析。在此基础上,提出一种反射镜散射的在线测量方法,以半导体激光器为光源构成远心光路,通过显微镜收集散射光,并利用CCD记录反射镜膜面的散射光场。根据散射图样对反射镜进行筛选,并最终确定反射镜膜面的安装位置与方向。在某型激光陀螺上进行了实验,结果表明使用该方法选配可以将锁区合格率由原来的75%提升至95%,改进效果明显。该检测方法结构简单,可有效控制由反射镜散射引起的锁区超标问题,在激光陀螺反射镜的在线检测及激光陀螺装调方面有很好应用前景。     

速率偏频激光陀螺过锁区误差特性分析

分析了速率偏频激光陀螺过锁区的误差特性。根据激光陀螺的闭锁方程,分别从数值模拟和理论分析两种途径对速率偏频激光陀螺过锁区误差特性进行了研究。结果一致表明:速率偏频激光陀螺过锁区的误差与锁区大小成正比,与过锁区的加速度的平方根成反比,与刻度因子的平方根成反比。文中具体给出了速率偏频激光陀螺过锁区的误差方程。过锁区误差为速率偏频激光陀螺的主要误差源。     

弹载激光陀螺惯导系统安装支架设计

以某型号武器控制系统使用激光陀螺的任务为背景,针对激光陀螺捷联惯导系统在地面动态导航测试中圆概率误差偏大的现象,要求给激光陀螺捷联惯导系统设计出性能优良的减振系统。通过双自由度分析法以及振动试验,指出原安装板刚性不足,导致谐振频率出现在激光陀螺的机抖频率附近以及其它需要减振的频率段,这些成为导航误差偏大的主要原因。把安装支架作为减振系统的一部分,应用有限元动态优化法设计出刚性增强的安装板和动态结构性能良好的安装支架来改善减振效果。经地面振动试验验证,新构建的减振系统的减振效果达到预期的设计要求,在国内战术武器激光陀螺应用方面取得很大进展,可以在飞行器上使用。     

激光陀螺腔长控制镜改进设计

腔长控制镜影响激光陀螺谐振腔的光束形状、光强等参数,是制约激光陀螺精度提高的重要因素之一.减少激光陀螺腔长控制镜的位移扭偏,提高腔长控制镜的环境耐受性,能够直接改善激光陀螺的性能.通过研究激光陀螺腔长控制镜的基本机理,分析了腔长控制镜单筋方案和双筋方案的典型结构和特点,给出了提高反射镜抗扭偏能力的设计方法,设计并实现了新型双筋腔长控制镜结构.改进的腔长控制镜仅由3种零件、2种材料构成.经过仿真分析和试验验证,设计的腔长控制镜可以有效抵抗反射面的歪斜扭偏,在-50℃~+70℃工作范围内,抗扭偏能力提高5~10倍,同时实现了低成本和高稳定性.     

机抖激光陀螺随机噪声注入方法研究

机抖激光陀螺通过在抖动驱动信号中注入一定强度的随机噪声来消除动态闭锁误差.为了适应机抖激光陀螺小型化和其控制电路数字化的发展,设计了在以抖动驱动信号采用方波形式的基础上,其随机噪声的注入采取了应用寄存器产生的伪随机噪声-m序列按照对方波占空比进行调制的方式,并建立了抖动机构的数学模型,应用所建立的模型通过Matlab中的Simulink进行了仿真.依照随机噪声注入效率的计算方法,文中采用的方式其噪声注入效率要高于以往采用的应用高斯白噪声对交变正弦波驱动信号进行幅值调制的方式,对此进行了实验验证,证明这种随机噪声注入方式效果良好.