针对闭环大时延的GNSS数字锁相环路设计

在GNSS终端方案设计中，跟踪环路闭环大时延将导致传统数字跟踪环路模型与实际模型的偏离，极大限制了归一化噪声带宽的约束极限，从而影响了环路的动态性能及跟踪精度。为解决这一问题，通过分析环路噪声带宽或相干积分时间发生变化对跟踪环路Z域离散模型极点位置的影响，采用参数化根方法设计了数字环路滤波器，实现了高延时情况下数字锁相环路的稳定工作。实验结果表明，相比于传统跟踪环路，在闭环时延100 ms情况下，考虑闭环大时延设计得到锁相环路的归一化噪声带宽能够实现从0.08到1.321的扩展，对于高动态、弱GNSS信号的跟踪及后续导航解算具有重要意义。     

INS/GPS紧耦合系统自适应跟踪环路带宽设计

在INS/GPS紧耦合系统中,通过把惯导系统的位置、速度等估计值反馈到GPS的跟踪环,使环路带宽可以变窄,以明显改善GPS的抗干扰能力.在这种组合系统中,跟踪误差是由环路带宽内中的干扰噪声、振荡器相位噪声引起,此外还有惯性传感器的误差引起的跟踪误差.文中提出了按照GPS信号的载噪比自适应地调节GPS的环路带宽的方案,这将使GPS接收机在任何条件下包括存在干扰时保持最佳状态.分析和仿真计算说明,与采用固定带宽时相比,自适应带宽的紧耦合系统具有更高的抗干扰能力和对卫星信号的跟踪精度.     

INS／QPS紧耦合系统自适应跟踪环路带宽设计

在INS／GPS紧耦合系统中,通过把惯导系统的位置、速度等估计值反馈到GPS的跟踪环,使环路带宽可以变窄,以明显改善GPS的抗干扰能力。在这种组合系统中,跟踪误差是由环路带宽内中的干扰噪声、振荡器相位噪声引起,此外还有惯性传感器的误差引起的跟踪误差。文中提出了按照GPS信号的载噪比自适应地调节GPS的环路带宽的方案,这将使GPS接收机在任何条件下包括存在干扰时保持最佳状态。分析和仿真计算说明,与采用固定带宽时相比,自适应带宽的紧耦合系统具有更高的抗干扰能力和对卫星信号的跟踪精度。     

惯导速度辅助下GNSS高精度定位

传统的卫星导航接收机无法同时适应高动态和高精度要求。对于10g以上的加速度,高精度接收机很难达到高精度的指标,甚至基带环路失锁无法正常导航定位。针对GNSS动态条件下高精度定位需求,引入惯性/卫星深组合导航技术,在应用惯性信息辅助接收机减小基带跟踪环路带宽基础上,采用码片窄相关方法降低伪距抖动误差,提高动态条件下GNSS伪距定位精度。仿真结果表明:通过惯性信息辅助跟踪环路可实现较小跟踪环路带宽下的稳定跟踪;在此基础上,通过码片窄相关方法并提高射频前端带宽可实现定位精度的提高。对比传统的伪距定位方法,定位精度(1?)从6 m提高到3 m左右。     

高动态GNSS接收机载波跟踪环自适应最优带宽设计与试验

对于大多数高动态接收机,通常采用2阶FLL辅助的3阶PLL环路结构,由于存在FLL环路,导致跟踪精度的下降。针对卫星接收机的动态性能和信号载波功率噪声密度比,在综合考虑接收机跟踪环路中的各种误差源(热噪声、晶振误差、动态牵引误差等)的基础上,采用自适应最优带宽技术,设计一种适用于高动态的3阶PLL载波跟踪环。采用基于GPS数字中频信号的数字仿真和GNSS信号源对所设计的自适应最优带宽进行了验证,验证结果表明:在加速度为30g、过程中存在加加速度为30g/s的高动态情况下,采用18 Hz 3阶PLL不能对信号进行跟踪,而采用所设计的自适应最优带宽的3阶PLL环可以对信号进行可靠的跟踪;同时,和固定带宽接收机比较,所设计载波跟踪环环路能够跟踪50g的高动态Compass卫星信号,而采用固定带宽接收机失锁,并且定位精度优于1 m(2σ),测速精度优于0.2 m/s(2σ)。     

旋转状态下的GPS信号跟踪性能

对于旋转载体采用圆柱共形微带天线更易实现对GPS信号稳定和连续的接收,然而接收得到的信号含有载体旋转引入的调制效应,对接收机跟踪环路提出了较高的要求。在考虑圆柱共形微带天线相位中心偏移的基础上,分析了载体旋转对GPS载波相位和频率的影响,研究了旋转状态下接收机跟踪环路的性能。仿真结果表明：为了减少旋转引入的动态应力误差,保持对GPS载波相位的稳定跟踪,必须相应的增大接收机跟踪环路的带宽,且旋转状态下二阶环路的跟踪性能要好于三阶环路。     

基于射频前端的GPS软件接收机设计与验证

介绍了基于硬件射频前端的GPS软件接收机设计与验证。针对GPS串行的搜索算法速度慢的缺点，采用了高速的并行码相位搜索算法；设计和实现了码跟踪环和载波跟踪环，并用载波环路来辅助码跟踪环路；综合考虑接收机的动态性和噪声影响，采用最优化设计思想，设计了GPS软件接收机最优环路带宽。采用GPS中频信号采样器采集实际GPS数据，对搜索和跟踪算法进行了验证。测试结果证明所设计的搜索和跟踪方法是有效的，使得用户在微弱信号处理、多路径处理和发展新的算法等方面具有更大的灵活性，为实际的高性能硬件GPS接收机设计提供的重要的基础。     

惯导速度辅助接收机跟踪环路算法

针对接收机在强干扰高动态环境难以定位导航的问题,提出基于惯导速度辅助卫星跟踪环路算法,通过惯导速度估算环路多普勒频移,压缩了环路需承载的动态范围,从而减少了环路等效噪声带宽,进而降低了跟踪环路带内干扰,提高了卫星接收机抗干扰能力。对提出算法的普适性、动态性、抗干扰性以及惯导估算误差影响等方面进行了仿真评估,仿真结果验证了算法的正确性,同时证明提出算法相比传统算法,载体运动加速度由91g提升至193g,同时抗干扰能力提升5~8 d B,可以容忍较大惯导辅助信息误差,为算法工程化奠定了基础。     

谐振式光学陀螺用激光器双电流源混合驱动方法

针对谐振式光学陀螺对半导体激光器的窄线宽、低频率噪声和高调谐速率的需求,开展了低噪声、高带宽激光器驱动控制技术研究,提出了双电流源混合驱动的设计方案。采用一个环路带宽被大幅度压缩的大电流恒定电流源和一个环路带宽满足调谐要求的小电流压控电流源并联的方式,在对激光器进行高速稳定调谐的同时保证了其具有理想的频率噪声和线宽性能。解决了利用同一电流源提供恒定电流和调谐电流所引入的控制精度损失,或者由高调谐速率所导致的频率噪声和线宽劣化,影响陀螺锁频控制精度的问题。实现了激光器输出频率噪声优于25 Hz/Hz~(1/2)@10 kHz,在整个调谐范围内线宽小于3.6 kHz,以直径60 mm波导谐振腔为敏感环的谐振式光学陀螺为例,陀螺的锁频精度达到3.72°/h(约为0.48 Hz)。     

最小概率DWO带宽选择及激光陀螺温度误差模型辨识

在原有研究的基础上,针对实验数据观测点疏密分布均匀或不均匀的工程实际情况,分别运用全局准则和局部准则,研究最小概率DWO非线性辨识方法中的带宽选择关键问题,提出了校正AIC准则和LCV准则两种不同的带宽选择方法,并将这些方法应用于四频差动激光陀螺的温度误差模型辨识中,比较和验证了这些方法的正确性和适应性。研究结果表明：①对于＂分布均匀＂的情况,宜采用校正AIC准则;②对于＂分布不均匀＂的情况,宜采用LCV准则;③形成了自动带宽选择算法。总之,这些方法为解决＂带宽选择＂问题提供了有效途径,从而进一步提高了最小概率DWO方法的工程应用价值。     

On the frequency bandwidth change of a servo system with a gear reducer due to backlash and motor input voltage

Summary The paper analyzes how the frequency bandwidth of a servo system is affected by the input voltage of its motor and the magnitude of the total backlash. The bandwidth of the system is defined as the set of antiresonance frequencies, which appears in the frequency-response characteristic. The change in the frequency-response characteristics is investigated depending on motor input voltage and the magnitude of the total backlash. It is shown that at infinite motor input voltage, the servo system has a bandwidth equivalent to that of a backlash-free system. The amount of the systems bandwidth reduction due to the backlash changes greatly with the motor input voltage. It becomes possible then to determine the necessary maximum input voltage of the motor and the admissible magnitude of the total backlash to satisfy the desired bandwidth for a servo system with a gear reducer.     

高速切削过程中诱发绝热剪切带形成的热塑性剪切波

提出了高速切削过程中诱发绝热剪切带形成的热塑性剪切波的传播机理,针对锯齿形切屑中热望性区域内的塑性梯度变形特征、动量和能量耗散情况,建立了与切削条件相关的热塑性剪切波的传播模型及剪切带宽度模型.在此基础上,通过淬硬45钢的切削实验并结合改进的Johnson-Cook本构模型分析了热塑性剪切波的传播规律,并将剪切带宽度模型与已提出的DB模型、WR模型和DM模型做了对比,结果表明,由热塑性剪切波传播理论推导的剪切带宽度模型与实验结果较其他模型吻合较好.     

光谱带宽对单偏振光纤消光比的影响

消光比是表征单偏振光纤偏振性能好坏的特征参数之一,影响它的因素有很多,如光谱带宽。结合熊猫型单偏振光纤的测量,搭建了双轴光谱带宽测量系统,通过对单偏振光纤的光谱带宽、消光比参数的大量测量和分析,找到了光谱带宽对消光比参数影响的原因。结论是单偏振光纤的工作波长要远离光谱带宽的下限位置,即HE_(11y)模式的截止损耗峰,另外,要求HE_(11y)模式的截止损耗要陡峭,这样才能保证单偏振光纤具有高消光比特性。     

Principal parametric resonances of a slender cantilever beam subject to axial narrow-band random excitation of its base

The non-linear integro-differential equations of motion for a slender cantilever beam subject to axial narrow-band random excitation are investigated. The method of multiple scales is used to determine a uniform first-order expansion of the solution of equations. According to solvability conditions, the non-linear modulation equations for the principal parametric resonance are obtained. Firstly, The largest Lyapunov exponent which determines the almost sure stability of the trivial solution is quantificationally resolved, in which, the modified Bessel function of the first kind is introduced. Results show that the increase of the bandwidth facilitates the almost sure stability of the trivial response and stabilizes the system for a lower acceleration oscillating amplitude but intensifies the instability of the trivial response for a higher one. Secondly, the first and second order non-trivial steady state response of the system is obtained by perturbation method and the corresponding amplitude–frequency curves are calculated when the bandwidth is very small. Results show that the effective non-linearity of whether the amplitude expectation of the first order steady state response or the amplitude expectation of the second order steady state response is of the hardening type for the first mode, whereas for the second mode the effective non-linearity of whether the amplitude expectation of the first order steady state response or the amplitude expectation of the second order steady state response is of the softening type. Finally, the stochastic jump and bifurcation is investigated for the first and second modal parametric principal resonance. The basic jump phenomena indicate that, under the conditions of system parameters with a smaller bandwidth, the most probable motion is around the non-trivial branch of the amplitude response curve, whereas with a higher bandwidth, the most probable motion is around the trivial one of the amplitude response curve. However, the stochastic jump is sometimes more sensitive to the change of the bandwidth, in other words, a small change of bandwidth may induce a series of stochastic jump and bifurcation.     

A new system of equations which predicts the evolution of a wave packet due to a fluid-fluid interaction under a narrow bandwidth assumption

The problem of the capillary-gravity waves which may arise at an interface between two stratified fluids of different densities is investigated. Particular attention is paid to the case when two different wave modes move at the same speed and to the wave train produced by the ensuing interaction. In contrast to most previous studies, the wave steepness and the wave bandwidth are not taken to be of the same order of magnitude, but the latter is of one order smaller. This leads to a system of nonlinear evolution equations which can be used to predict the subsequent progression of the wave field. These equations may be compared with the more usual nonlinear Schrödinger set which are valid under the equal bandwidth assumption and also a recently derived set which describe broader bandwidth waves. A large class of solutions to the equations is found and the corresponding wave profiles are presented.     

三轴陀螺漂移测试转台台体动力学建模及控制系统设计

带宽的保证是三轴陀螺漂移测试转台（以下简称三轴转台）伺服系统设计的主要困难，从使用的角度出发，要求转台伺服系统有较大的带宽，以使三轴转台有较快的响应速度，对干扰有较强的抑制能力，提高三轴转台的跟踪精度，但一些客观因素使带宽指标受到限制，其中机械台体的谐振对带宽的影响是决定性的。本所讨论的三轴转台动力学模型，是三轴转台控制系统设计的依据。     

数字闭环光纤陀螺频率特性分析与测试

系统的闭环带宽严重影响光纤陀螺在振动、急转弯等环境条件下的测试精度,闭环光纤陀螺的实际带宽高达几kHz,无法采用一般的角振动台进行全频带频率特性测试,因此,频率特性的分析与测试成为了闭环光纤陀螺研究的一项重要内容。针对这种需求,根据系统的结构框图及工作原理,建立了数字闭环光纤陀螺的动态模型,推导出了系统的传递函数;在此基础上对数字闭环光纤陀螺的频率特性进行了分析,指出了改善系统动态特性的方法;最后,利用数字闭环光纤陀螺的闭环工作原理,通过在反馈阶梯波上直接叠加激励信号,实现了光纤陀螺阶跃响应和频率响应的测试,得出了系统闭环带宽高达9kHz的结论。     

电磁力控制的主动减振实验

用传递函数法对受随机激励的结构作主动减振设计时所获得的反馈,本文以电磁激振器作为控制器进行主动减振实验,试验在受低频正弦和宽带随机两种激励的四自由度汽车模型上进行。结果表明,电磁激振器作为控制器具有很小的机械滞后特性,适用于作低频、宽带的随机振动主动减振,减振效果达到80%以上。