激光陀螺角随机游走分析方法

本文简要介绍了国外用于评价激光陀螺角随机游走特性的三种方法 ,并通过实验具体研究三种方法的实用性 ,分析其物理含义 ,比较用它们估算激光陀螺角随机走系数 ( RWC)的实际效果 ,指出了每种方法的不足和适用范围。     

光纤陀螺随机游走系数的分析研究

分析了产生随机游走误差的机理,分别采用有关标准和Allan方差进行了随机游走系数的分析和计算。结果表明:随机游走系数是衡量光纤陀螺噪声水平的重要指标,其值的大小体现了陀螺的极限精度。采用Allan方法表述光纤陀螺的静态指标,物理概念清晰,方法简便。     

高精度光纤陀螺光源强度噪声的抑制

掺铒超荧光光纤光源的光源强度噪声是影响高精度光纤陀螺随机游走系数的主要因素。为了降低陀螺随机游走系数,进一步提高陀螺精度,提出了一种抑制光纤陀螺光源强度噪声的方法。利用耦合器两个输出端输出光的相关性,将两束光转换为电信号送入FPGA中,用数字电路相减法实现光源强度噪声的抑制。通过Allan方差法对抑制前后陀螺输出数据的分析结果可以看出,采用数字相减法可以有效的抑制光纤陀螺的光源强度噪声,角随机游走系数与抑制前相比减小33%。该方法与以往的方法相比,具有工程实现简便、可靠性高、维护容易等优点。     

二频机抖激光陀螺抖动动力学模型

以国产某型二频机抖激光陀螺为对象，采用有限元方法，求得激光陀螺各个方向上的刚度系数和耦合刚度系数，建立陀螺的抖动动力学模型，分析了陀螺的幅频特性。对动力学模型中求得的各个方向上的固有模态进行了验证，证明了激光陀螺抖动动力学模型的正确性。     

激光陀螺漂移的研究方法（二）

在研究环形激光陀螺的漂移时,通常文献的分析方法存在诸多矛盾.针对这种研究方法的不合理性,提出用阻尼振荡的方法来研究陀螺的漂移,属原创性革新.用阻尼振荡的频域表达式,加上采样量化噪声的频域表达式,作为噪声的功率谱密度,计算得到噪声的经典方差和Allan方差.此方差包含了所有可能的阻尼振荡效应的方差,用严格的公式计算是复杂的,实际计算时可根据具体情形作可行的近似,从而得到简单可用的激光陀螺的噪声的时域表达式.假设激光陀螺中存在的噪声由各种阻尼振荡组成,符合自然界的普遍规律,更主要的是,该假设得到了实验的验证,逻辑自洽,彻底地解决了通常文献的分析方法存在的矛盾.因此,用阻尼振荡的方法来研究激光陀螺漂移是合理的.     

基于小波方差的光学陀螺随机误差特性研究

Allan方差法是对光学陀螺随机误差频率稳定性进行分析的一种通用方法。根据光学陀螺信号零漂移的频率特性,提出了利用小波变换所具有的时频局部化的优点对其随机过程进行小波方差分析。由于小波方差可以更好地防止能量泄露,所以小波方差比Allan方差更为精确。经过对光学陀螺零漂数据的方差分析证明了Allan方差和小波方差法的一致性,并且小波方差更能准确地描述不同频率的方差变化。     

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.     

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.     

机抖激光捷联惯导系统静态圆锥运动形成机理

以三轴机械抖动激光陀螺捷联惯导系统为研究对象,利用数值仿真方法,详细讨论了静态环境条件下圆锥运动的形成机理以及机械抖动激光陀螺的惯性参数对惯导系统圆锥运动的影响规律。研究认为,在静态环境条件下,惯导系统的质量分布特性不是产生圆锥运动的原因;惯导系统在静态环境条件下出现的圆锥运动是由于机械抖动陀螺抖动机构的三类不平衡——静不平衡、动不平衡和配不平衡造成的。     

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。     

环形激光陀螺随机误差测试中的计数误差

详细讨论了环形激光陀螺（RLG）误差测试中的计数误差。首先提出了在角度随机游走为主要误差源的情况下，RLG的离散输出模型。在假设累积角度量化误差为白噪声的前提下推导了方差（或AIlan方差）分析中的量化误差模型。接着指出白噪声假设并不总能成立，特别是对于由计数器只能计整数引致的量化误差（特称为“计数误差”），由于量化间隔很大，这一假设通常不能成立。最后，给出了一种白噪声假设不能成立时的处理方法及仿真数据分析结果。     

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。     

基于RBF网络的激光陀螺标度因数数据建模研究

前向神经网络中的径向基函数(RBF)网络是一种局部逼近网络,它用局部逼近的总和达到对训练数据的全局逼近,在理论上可以实现全局最优.该文利用径向基函数神经网络对某一温度段的陀螺标度因数的温度数据进行建模处理,并利用各组数据建立一种两因素RBF网络,这两个输入因素选择为温度以及各个温度值对于所属组初始温度的增量.仿真结果表明,所建立的两因素RBF网络可以精确地拟合各温度下的标度因数温度数据,仿真数据的误差与均方差比用BP网络训练的数据效果要好,在数值上提高了近一个数量级.     

环形激光陀螺人工神经网络温度漂移建模

研究了系统在常温条件下开机后,壳体密闭条件下环形激光陀螺(RLG)漂移的温度特性建模问题。一系列不同环境温度条件下的RLG自升温实验表明,由于系统壳体的保温和隔温功能,系统内部温度场变化缓慢、均匀,此时漂移的变化主要与内部温度场的温度值变化相关。利用一组25℃-55℃范围内静态漂移测试数据作为学习样本,建立起基于BP和RBF神经网络的温度漂移补偿模型,并利用四组不同测试条件下测得的静态数据对文中模型进行检验。结果表明,若采用均方根误差(RMS)指标进行评价,则得到的温度漂移模型可以有效补偿RLG的漂移输出趋势项,使陀螺的稳定性指标提高20%-40%,且BP网络建模补偿精度优于常规最小二乘中的一阶线性分段拟合,RBF网络建模优于二阶抛物线分段拟合。     

基于最小概率DWO的激光陀螺温度误差模型辨识

鉴于激光陀螺温度误差模型的非线性和时变性,从提高模型辨识质量的需要出发,运用基于最小概率DWO（直接加权优化）的非线性系统辨识方法进行激光陀螺温度误差模型辨识研究,提出了一种精度更高的激光陀螺温度误差模型。该模型以带宽作为唯一需要确定的模型参数,避免了以往温度误差模型研究中的结构与参数辨识等复杂问题,从而在保证模型辨识质量的基础上,也相应提高了模型的适应能力,并通过两种温度误差特性有显著区别的激光陀螺（四频差动激光陀螺和二频机抖激光陀螺）的温度实验数据验证了该模型的正确性和适应性。     

MEMS陀螺随机误差趋势项的支持向量回归机预测补偿算法

为了适应低成本快速响应卫星的发展趋势,越来越多的卫星采用了MEMS陀螺系统与信息融合方法相结合的设计方案。为提高传统的基于自回归滑动平均(Auto-Regressive and Moving Average,ARMA)模型和支持度的信息融合方法的精度,抑制随机误差趋势项对卫星稳定控制的不利影响,提出了一种基于支持向量回归机(Support Vector Regression,SVR)的预测补偿算法。该算法对各个MEMS陀螺输出数据进行滤波,并提取相应的随机误差趋势项,通过相空间重构获得训练样本并进行SVR建模,用以实时补偿。然后使用低成本商用器件搭建了MEMS陀螺系统,并在单轴气浮转台上进行了实验。实验结果表明,预测补偿算法使得MEMS陀螺系统输出数据的方差降为原先的31.39%,融合精度得到了显著的提高。     

随机游走对罗经方位对准的精度影响分析

分析了随机游走对罗经方位对准的影响,通过罗经方位对准的频域误差传递函数,求出时域的单位脉冲响应函数,进而推导出该系统在白噪声驱动下的时域表达式,最后求出该表达式的统计特性,其标准差即为随机游走对罗经方位对准的误差公式。通过分析误差公式可知,罗经方位对准的精度与随机游走系数成正比,还与设置的半个二阶阻尼振荡周期的平方根成反比。当陀螺随机游走一定时,单纯的通过延长对准时间并不能提高对准精度,还需要延长二阶阻尼振荡周期,数值仿真验证了所提观点的正确性。