捷联惯导系统减振设计

机抖激光陀螺的捷联惯性导航系统结构设计的关键在于惯性测量单元（IMU）的减振设计。文章描述了一种IMU减振系统设计的方法,并在实际应用当中获得良好的效果。IMU减振系统的设计方法主要分为三大内容。首先是对减振系统中减振器的布局方案进行仿真分析,建立减振系统的六自由度振动响应模型,研究减振器布局方案的频谱特性,比较得到减振效果较优的减振器方案。然后针对获得的减振器布局方案,设计IMU结构框架和各向同性的减振器,并采用有限元的方法,对IMU的减振系统进行模态分析,获得IMU减振系统的前20阶模态频率和振型,用有限元仿真分析的方法来验证减振设计。目前这种IMU减振系统的设计方法已应用到某新型捷联惯导系统当中,减少了系统陀螺精度的降低。     

二频机抖激光捷联系统结构振动分析

二频机抖激光捷联系统中三个激光陀螺抖动会引起惯性器件的耦合振动,产生系统抖动耦合误差,导致惯导系统导航精度下降。二频机抖激光陀螺捷联惯导系统机械结构较为复杂,很难通过解析法求解其振动特性。作者采用有限元方法对二频机抖激光陀螺进行了正弦信号驱动下的瞬态响应分析,并在正弦信号中加入了抖动随机信号,实现了机抖激光陀螺工作状态的仿真。此外,还对二频机抖激光捷联系统的振动特性进行了瞬态响应分析,掌握了系统的耦合振动情况,并进行了功率谱分析。这为激光捷联系统的频率搭配最优化提供了分析方法,对高精度二频机抖激光捷联系统的设计有重要意义。     

激光陀螺捷联惯导减振系统动力学建模与仿真

由于激光陀螺固有机抖频率的存在,以及导弹运输、装卸、发射与飞行过程经历的动态环境中振动、冲击、过载等激励,导致激光陀螺在导弹上使用输出精度差。应用多体系统传递矩阵法,建立了激光陀螺捷联惯性测量组合减振多体系统动力学模型,分析激光陀螺固有抖动和导弹振动冲击对激光陀螺输出精度的影响。通过对减振系统动力学模型进行仿真,获得了激光陀螺抖动和导弹冲击环境下激光陀螺捷联惯性测量组合减振系统动态响应。该仿真结果为激光陀螺捷联惯性测量组合减振设计提供理论依据,该分析方法为激光陀螺捷联惯组在导弹上应用提供理论基础。     

圆锥误差补偿算法在三轴激光捷联惯导系统中的应用

圆锥误差是影响捷联惯导系统姿态算法精度的原理性误差,其对三轴激光捷联惯导系统精度的影响显著.对三轴机抖激光陀螺捷联惯导系统,除了弹体运动可能引入圆锥运动外,三轴机抖激光陀螺产生的机械抖动也会在惯导系统中引入圆锥运动.文中分析了两种圆锥运动在三轴激光捷联惯导系统中产生的机理,并给出了圆锥误差补偿算法在不同试验条件下的应用效果.     

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。     

机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差参数估计与补偿

针对振动环境下机抖激光陀螺敏感轴产生动态偏移造成惯导系统精度下降的问题,从理论上推导了机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差模型,并结合工程实际建立了简化的误差模型;在此简化误差模型基础上,推导了陀螺敏感轴动态偏移造成的等效陀螺漂移与比力、角速度的耦合关系;将机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差归结为9个待辨识参数,针对该模型中的待辨识参数设计了标定方法,并给出了标定实验设计原则;以姿态误差为观测量进行振动实验对待辨识参数进行估计,振动实验结果表明,在10 min线振动时间内,机抖激光陀螺敏感轴动态偏移误差补偿后,捷联惯导系统纯惯导速度误差减小30%以上。     

捷联惯组减振系统角振动、线振动共振频率理论分析

当前实际工程中,角振动试验技术和设备尚不成熟。以指导捷联惯组减振系统设计过程为目的,结合捷联惯性组合减振系统对角共振频率的特殊要求,对线振动、角振动共振频率的关系进行了分析与讨论。建立了捷联惯性组合减振系统的动力学模型,得到了捷联惯组减振系统数学模型,利用刚体动力学方法分析捷联惯组的转动惯量和回转半径,得出理想情况下捷联惯性组合减振系统线共振、角共振频率存在一定的比例关系,并与减振器安装中心到转动中心线的平均距离和惯组回转半径有关的结论。最后讨论了改变减振系统刚度和减振器布置方式两种改变共振频率的方法,并对两种方法进行了比较。     

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。     

结构参数对捷联惯导系统静态圆锥运动的影响

以采用整体隔振措施的配重式三轴机抖激光陀螺捷联惯导系统为研究对象,利用数值仿真方法,重点讨论了惯导系统的静不平衡、动不平衡、转动惯量以及隔振器刚度和阻尼对静态环境条件下由于陀螺抖动机构的不平衡引起的圆锥运动（细分为三类）的影响规律。研究认为,惯导系统的静平衡性和动平衡性只影响第三类圆锥运动,对一二类圆锥运动的影响甚微;惯导系统转动惯量的增大将会使圆锥运动减小;系统隔振频率越靠近陀螺抖动频率,圆锥运动越强烈;系统隔振器阻尼对圆锥运动的影响较小。研究成果可为机抖激光捷联惯导系统的结构设计及圆锥误差的事前控制提供理论指导。     

基于橡胶等效动态模量的惯导减振装置设计方法

针对惯导系统小型化以及大动态、强冲击等恶劣力学环境的使用需求,开展了与惯导系统适配的橡胶减振装置的设计,并提出一种实用的基于橡胶等效动态模量的设计方法。通过理论推导加试验拟合的方法构建了橡胶材料硬度参数和动态弹性模量的等价关系式,建立了适合于工程仿真分析的橡胶减振装置数学模型,在此基础上提出橡胶减振装置设计方法。该方法改变了传统橡胶减振装置试制-试验-改进的设计流程,直接通过三维结构模型模拟出对应力学环境下系统的真实响应数值解。通过与试验结果对比,仿真值与试验值符合精度大于80%,验证了该模型及设计方法具有精度高、可操作性强、求解效率高等优点,对惯导橡胶减振装置的设计具有指导意义。