光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案

介绍了光纤陀螺寻北的基本原理,分析了基座的倾斜误差对寻北精度的影响。基座平面绕垂直于陀螺轴的倾角将直接引起一个同样量级的方位角测量误差,从而在较大程度上影响寻北精度。基座平面绕陀螺轴的倾角对方位角测量的影响小,在一些寻北精度要求不高的场合,可以忽略该倾角的影响。最后介绍了光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案。二位置寻北方案利用光纤陀螺对相差180°的两个方向上的地球自转角速率水平分量的敏感,精确地解算出地理真北方向与陀螺轴向的夹角。系统简单,比较容易实现。     

单轴光纤陀螺寻北仪

光纤陀螺寻北仪采用单光纤陀螺和双加速度计组合技术方案,通过二位置法测量消除了光纤陀螺的常值漂移和加速度计偏值的影响。通过增加一个从初始位置逆时针旋转90°的采样位置,实现了全方位寻北。为了消除静基座寻北时基座扰动对寻北精度的影响,基于抗差估计理论采用了高崩溃污染率的初值辅以IGGⅢ方案迭代解算的混合新算法。系统简单,容易实现且性能稳定。测试结果显示在5min之内寻北精度小于3′。     

陀螺寻北仪二位置寻北方案

讨论了挠性陀螺寻北仪二位置寻北方案。二位置寻北方案是利用陀螺仪敏感在相差180°的两个方向上的地球自转角速率分量,准确解算出地理真北方向与陀螺轴向的交角,从而实现寻北的方案。该方案利用转位对消了陀螺的常值漂移,因此,大大降低了对陀螺精度的要求,已经成功的应用于我所研制的CFN系列寻北仪中。实践证明:对于双轴陀螺采用二位置寻北方案易于实现,精度较高。     

基于粒子滤波的光纤陀螺寻北方案

为了降低噪声对光纤陀螺（FOG）寻北的影响,提高寻北速度和精度,提出了一种基于粒子滤波（PF）的光纤陀螺寻北方案。首先基于单轴光纤陀螺能够敏感地球自转角速率水平分量的输出特性,建立非线性光纤陀螺寻北系统的状态空间模型和观测模型。根据粒子滤波的基本原理,以及在解决非线性系统估计问题上的优势,利用粒子滤波来解算出光纤陀螺敏感轴与真北方向的夹角。仿真实验结果表明,该方案不仅可以在20至30倍采样时间间隔内快速获得寻北结果,而且可以有效解决光纤陀螺常值漂移和随机噪声的影响,其精度优于基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的寻北结果。     

一种纬度未知的全姿态光纤陀螺寻北方法

常规光纤陀螺寻北仪采用4位置法、多位置法和旋转调制法等,当基座有俯仰角或倾斜角时均需要输入测量地纬度才能完成寻北,这种要求已制约了寻北仪在快速机动的现代战争中的应用。根据地球自转角速率为常量的特性,通过在正交坐标系中"虚拟"天向角速率测量陀螺,提出了一种仅需一个光纤陀螺和一个加速度计通过三位置转位来实现全姿态寻北的方法,该方法使寻北仪在纬度未知时也可全姿态高精度寻北,并输出载体姿态角和测量地纬度值。经工程样机验证,使用0.02(°)/h随机游走的光纤陀螺和50?g零偏重复性的加速度计可达到0.06°的寻北精度。     

光纤陀螺零偏稳定性的数据建模方法研究

光纤陀螺零偏稳定性是非系统性的随机变化漂移率,在惯性系统中不能用简单的方法加以补偿,因而其成为衡量光纤陀螺精度的重要指标。但通过时间序列分析中的数据建模方法可对光纤陀螺的零漂测试数据建立零偏稳定性数学模型。这样,在由光纤陀螺构成的惯性系统中利用卡尔曼滤波方法可使光纤陀零稳定性对系统精度的影响降至最低限度。中还对建模过程作了较详细的阐述。     

基于超细径光纤的高精度光纤陀螺

在应用系统的牵引及光学器件技术的推动下,工程化光纤陀螺朝着小型化、轻量化、高精度方向发展,设计了一种基于新型超细径(60/100)光纤制作的高精度光纤陀螺。相比于传统细径保偏光纤,新型超细径光纤可增加光纤的抗弯曲程度,也可使光纤环圈的绕制半径减少;同时,由于光纤变细,光纤环厚度减小,当环境温度改变时,内外层光纤温度差减小,有利于改善光纤陀螺环圈全温性能,提高光纤陀螺温度特性。首先研究了新型超细径光纤纤芯、包层结构设计,在此基础上为针对性提高涂覆胶体、绕环胶体材料的可靠性,建立了胶体材料性能随时间退化的模型;随后,基于上述新型光纤和小型化宽谱ASE光源,成功搭建了高精度光纤陀螺仪样机,陀螺整机尺寸为70 mm×70 mm×35 mm,陀螺测试零偏稳定性可达0.007°/h,可以满足陀螺小型化、轻量化、高精度需求。     

高精度光纤陀螺的分辨率测量

系统介绍了在单轴转台上测量高精度光纤陀螺分辨率的方法。该方法以GJB2426—95对光纤陀螺分辨率的定义为依据，以地球自转水平分量的余弦分量为陀螺的输入量，提出了一种正交三点寻北法。分析了光纤陀螺输出信号的特征，提出用对称测量法消除陀螺零偏并减小零漂对测量的影响。最后用IEEE推荐的测量不确定度评定方法对测量结果的不确定度进行了严格的评定。     

多位置寻北误差与陀螺数据采样时间的关系

为了在规定寻北时间内确定最佳采样时间和提高寻北精度,针对多位置陀螺寻北仪寻北误差与采样时间的关系问题,以FOG二位置寻北方案为例,采用FOG寻北误差理论推导结果与寻北实验结果相比较的方法,结合FOG数据的自相关性理论分析结果,分析得到了多位置寻北误差随采样时间的变化规律:随采样时间的增加,寻北结果会产生寻北精度不稳定、基本稳定、寻北精度较高和寻北误差增大等四种情况;分析了寻北实验误差小于理论计算结果以及寻北精度并非一直随采样时间增加而提高的原因;提出采样时间极限的概念,并得到实验样机采样时间极限为120 s,提出确定采样时间的原则和选择最佳采样时间的方法,这对多位置陀螺寻北仪设计和提高寻北精度具有一定指导意义.     

摆式陀螺经纬仪粗寻北的新方法

针对现有摆式陀螺经纬仪粗寻北方法存在的不足,提出利用检测陀螺力矩实现陀螺经纬仪粗寻北的新方法.推导了陀螺力矩对轴承的水平作用力与陀螺主轴方位角之间的数学公式,在地球自转角速度相对陀螺转子角速度非常小的情况下,对公式进行了简化和仿真运算.采用该方法改进了某型号陀螺经纬仪的粗寻北,实验表明在不影响陀螺经纬仪测量精度的前提下,简化了操作程序,缩短了测量时间.     

采用旋转调制技术的高精度陀螺寻北方案

多位置寻北法只有在采样位置足够多的条件下才能有效地降低陀螺漂移、陀螺刻度系数误差等的影响,提高寻北精度。但要在规定的时间内完成较多位置的采样在工程实现上比较困难。为此利用先进的旋转调制寻北技术研制出了一套快速、高精度寻北仪,在原理研究的基础上探讨了系统主要误差源对寻北结果的影响。研制的样机在4 min内的寻北精度优于30″(1δ),在陀螺仪精度相同的条件下,较传统的方法大大提高了寻北精度。     

气压变化对光纤陀螺仪零偏稳定性的影响及改进

研究了气压变化对光纤陀螺仪零偏稳定性的影响,提出了降低光纤陀螺仪气压灵敏度的设计方法。理论分析并实际测量了气压变化对光纤陀螺仪零偏稳定性的影响,试验研究了光纤环浸胶固化和密封这两种降低光纤陀螺仪气压灵敏度设计方法的有效性。结果表明,变气压条件下光纤陀螺仪的零偏稳定性劣化1~2个量级,对光纤环浸胶固化后,光纤陀螺仪的气压灵敏度减小1倍,可以在一定程度上减小空气的扰动,改善气压变化对光纤陀螺仪的影响。而对光纤陀螺仪进行密封设计是一种更有效的措施。对光纤陀螺仪进行密封设计后,光纤陀螺仪的气压灵敏度为零,光纤陀螺仪零偏稳定性基本不受变气压环境的影响,解决了光纤陀螺仪受气压变化影响精度的问题。     

基于倒向随机微分方程的光纤陀螺稳定性评估方法

为了对卫星领域应用的光纤陀螺稳定性和寿命进行提前评估,提出了一种基于倒向微分方程理论的评估方法。首先,分析了倒向随机微分方程的理论基础和工程应用的结构形式;其次,针对光纤陀螺产品结构特点和零位稳定性指标要求,构建了光纤陀螺倒向微分方程模型;第三,通过对模型方程的推导,利用极大似然估计法对模型参数进行了最优估计;最后,利用陀螺零位稳定性测试数据,对模型的符合性进行了验证。验证结果表明:通过倒向随机微分方程模型得出的光纤陀螺零位预估值同陀螺实测值拟合度较好,其拟合优度可决系数R~2=0.7033,拟合误差的均方根值为0.0481 (°)/h,模型是适宜的,可用于工程实际,实现对陀螺零位稳定性指标的出厂控制。     

结构动态载荷识别的精细逐步积分法

对比例阻尼系统给出了基于精细逐步积分法的动态载荷识别方法。首先将系统进行模态坐标变换得到无耦合运动方程 ,然后应用精细逐步积分法构造一种高效精确的载荷识别公式 ,再由量测到的结构动态响应求出动态力的时间历程。数值算例验证了本方法的识别精度是好的     

基于转台误差分析的高精度惯测组合标定编排改进

转台误差影响高精度惯测组合标定精度。利用姿态转换四元数建立了转台误差模型,分析了转台误差对一种典型惯测组合标定编排方案的影响。在分析转台误差影响规律的基础上,提出了一种标定编排改进方案,可以有效抑制转台误差,提高标定精度。仿真和试验对标定编排改进前后的标定精度和导航性能进行了对比,表明改进编排方案可以提高陀螺和加速度计安装误差角标定精度,改善系统导航性能。     

基于闭环误差控制器的高精度POS后处理算法

高精度位置姿态系统(POS,Position and Orientation System)是移动成图技术的重要组成部分,其姿态角必须达到很高的精度才能满足需求.为此提出了基于闭环误差控制器的前向Kalman滤波与反向R-T-S最优固定区间平滑相结合的POS后处理算法,使得整个处理过程中系统具有很高的线性度,并依据快速性和精度要求设计了闭环误差控制器的控制参数,将系统的误差振荡幅值抑制在很小的范围内.仿真结果表明,该算法不仅可以获得高精度的位置信息,还提高了姿态角精度,是一种高精度的POS后处理算法.     

SVM在光纤陀螺仪模型辨识中的应用

针对光纤陀螺仪(FOG)的误差特性以及在惯性系统中的运用特点,提出了利用支持向量机的函数逼近的方法辨识光纤陀螺仪的输入输出模型.从惯性系统的角度,对光纤陀螺仪的输出信号进行滤波,从而较好地抑制传感器的噪声扩散,为惯性系统整体精度的提高提供条件.通过实验表明,SVM构建的模型能够较好地实现信号滤波功能,并与传统的标定模型进行对比,验证了在实时性要求较低的系统中,SVM模型的输出精度要优于传统的标定模型输出精度.     

基于空间应用环境的光纤陀螺可靠性分析

根据光纤陀螺应用于空间应具有长寿命高可靠性的要求,对空间应用环境进行了分析,结合空间应用的环境,采用故障树分析的方法对数字闭环干涉式光纤陀螺进行了可靠性分析.根据可靠性分析的结果,找出了光纤陀螺的薄弱环节,并对重要且出现故障概率大的器件如光源和光纤环的故障机理进行了分析,提出了改进设计措施,并已应用在光纤陀螺产品的设计中.