陀螺惯性制导及其军事应用

简要介绍机械惯性陀螺、环形激光陀螺、光纤陀螺、半球谐振陀螺、石英音叉陀螺的基本工作原理及其军事应用,并预测了陀螺惯性制导的发展趋势。     

基于FPGA和DSP的微型惯导系统

 惯导系统的硬件组成直接影响到系统的体积和解算速度,构建合理的硬件系统直接关系到惯导系统的精度指标。针对某小型惯导系统对体积和解算精度的特殊要求,解决已有微型惯导系统的方案缺陷,提出一种工程实用强的惯导系统。该系统用FPGA作为采集控制惯性传感器的核心芯片,设计了并行采集方案,32位浮点型高速DSP实现惯导解算。经过转台测试与外场试验表明：系统具有抗干扰能力强、实时响应迅速、惯性单元标定简便、易实现等优点,系统指标完全满足原设计要求。     

陀螺与惯性制导

介绍了一种完全自主的导航系统－惯性制导系统，它主要是利用陀螺的特性来建立相对惯性空间，确定运载器的制导参数基准，实现完全自主导航，随着新型陀螺的不断出现，其测量精度也日益提高，惯性制导系统已被广泛应用于现代导弹，宇航运载器等方面。     

应变式加速度计

应变式加速度计作为测量物体加速度的仪器,已被广泛用于航天器、导弹、飞机和潜艇等装置的制导中.本文通过物理分析,清楚地知道了它的工作原理,就是实现力学信息可视化,最后给出了它的测量范围.     

支承结构惯量对激光陀螺抖频及精度特性的影响分析

激光陀螺的机抖特性有效克服了陀螺的闭锁效应,是其高精度输出的重要保障。陀螺在不同惯性装置下的抖频会发生变化,这极大地影响了其输出精度,严重制约了激光陀螺在各类惯性装备下的服役能力。从激光陀螺抖动偏频系统入手,对陀螺及其支承结构进行了结构动力学建模及分析,从理论与原理实验两方面论证了支承结构惯量对陀螺抖频特性,乃至陀螺输出精度的影响,分析结果表明,减小支承结构惯量能提高陀螺抖频,进而提高其精度。为激光陀螺在惯导装备中更好的应用起到了指导作用。     

一种架束式激光制导仪的基本组成和制导过程

基于驾束式激光制导的原理和方法,较详细地分析了一种激光驾束制导仪的目标瞄准具、激光器、引导光束形成装置等基本组成部件和功能,并作了简单的计算。分析了一种驾瞄准制导仪对导弹的制导过程。     

新概念武器之动能武器

所谓动能武器，简言之就是能发射出超高速运动的具有极大动能的弹头，通过直接碰撞（而不是通过常规弹头或核弹头的爆炸）方式摧毁目标的武器装置。动能武器由推进系统、弹头（弹丸）、探测器（传感器）、制导与控制系统等部分组成。推进系统可采用火炮、火箭、电场或磁场加速装置。弹头用金属材料或塑料制成的刚体。传感器是动能武器的“眼睛”，用于探测、识别和跟踪目标。制导与控制系统是动能武器的“大脑”，用于确保成功地进行寻的与拦截，制导与控制系统一般由寻的器、惯性测量装置、计算机、方向和姿态控制器、通信设备、能源设备等组成。     

天文/卫星组合点校捷联惯性导航系统算法研究

捷联式惯性导航系统通常采用卫星导航系统的位置、速度信息对惯导解算误差进行校正,但对于水下载体惯性导航系统而言,由于只能获得点位置信息,对惯导的校正精度以及校正参量有限。针对上述问题,提出了基于天文/卫星组合校正捷联式惯导技术,通过卫星精确定位信息和天文快速观测信息,全面修正惯导系统误差、提高导航精度。仿真结果表明,基于天文/卫星组合校正算法对惯导进行校正,相对于传统校正算法精度可提高约50%。     

一种提高激光陀螺惯导系统精度的方法

为了获得优于0.1n mile/h水平的高精度激光陀螺惯导系统,对控制系统绕单轴转动来补偿陀螺误差的方法进行了研究。分析了补偿的原理,并利用通用的精度为0.4n mile/h左右的机抖激光陀螺捷联惯导系统进行了实物实验,实验结果证明采用单轴转动的方法可使系统定位精度提高到1n mile/24h的水平。     

捷联惯性测量单元的配置方式

捷联惯性测量单元较“平台式”惯性测量单元在功能上有新的突破，即前者能实现三维定位，后者只能实现水平二维定位。人们常提及的捷联惯性测量单元是指多陀螺多加速度计的测量单元，即测量过程中用线性加速度计测量运动体的线性加速度，用陀螺仪测量运动体转动角度、角速度或角加速度的测量装置。该类惯性测量单元造价昂贵，针对此，人们在利用多个线性加速度计的适当组合还可以测量运动体的转动角速度甚至转动角加速度等角度信息原理的基础上，提出了无陀螺多加速度计捷联惯性测量单元和单陀螺多加速度计捷联惯性测量单元的实现方案。     

人工鱼群算法在单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识中的应用

在惯性导航系统中,采用单轴旋转技术可以调制垂直于旋转轴方向上的惯性器件误差,而对沿旋转轴方向的误差没有抑制作用,因此旋转轴方向上激光陀螺漂移成为影响惯性导航系统精度的主要因素之一。为精确地辨识旋转轴方向上激光陀螺漂移,提高激光陀螺单轴旋转惯导系统的精度,利用人工鱼群算法AFSA（artificial fish swarm algorithm）建立了单轴旋转惯导系统轴向陀螺漂移辨识模型,给出了AFSA 辨识的详细步骤和方法。实验结果表明:AFSA可以对轴向激光陀螺漂移进行精确建模,补偿后的激光陀螺零偏不稳定性达到0.000 4 /h。     

机抖激光陀螺IMU信号低时延滤波技术研究

在小型无人直升机领域,激光陀螺捷联惯导不仅用于导航,而且用于飞行姿态控制,对激光陀螺捷联惯导的导航精度和实时性都有较高要求。而传统的高阶有限脉冲响应（FIR）低通滤波器对激光陀螺惯性测量单元（IMU）输出信号滤波后会产生较大的时间延迟,使得滤波后信号难以满足系统姿态控制的要求。为了兼顾测量精度和响应时间,研究了一种最小均方（LMS）自适应陷波器与低阶FIR低通滤波器相结合的滤波方法,并在其中引入了无限脉冲响应（IIR）窄带滤波器,解决了抖频参考信号的获取问题。理论分析和试验结果表明：该方法不仅能有效消除抖动偏频信号和外界高频噪声的影响,而且可以显著缩短延迟时间至2 ms,具有很高的工程实用价值。     

捷联惯导系统中卡尔曼滤波的应用研究

为提高捷联惯导系统初始对准精度,提出将卡尔曼滤波技术应用于系统初始精对准,用以估计系统的失准角和惯性误差。对卡尔曼滤波技术在捷联惯导系统中的应用进行分析,建立捷联惯导系统初始对准误差模型和卡尔曼滤波量测方程。分析不同条件下不同滤波方法的滤波原理和滤波精度。在此基础上,提出一种将预测扩展卡尔曼滤波应用于逆向导航技术的思路,并进行了理论分析和捷联惯导系统自对准流程设计,为后续进一步深入开展惯导系统初始对准奠定基础。     

全固态捷联式惯性/天文组合导航技术

传统惯性/天文组合导航的工作原理一般有天文测星输出的ψ角直接解析并校正惯导速度、位置和ψ角作量测估计并间接校正惯导速度、位置两种。针对这两种工作原理中未充分利用可观测度较大的陀螺常值零偏估计信息而导致长航时、短航时组合导航效果不理想的问题,提出全固态捷联式惯性/天文组合导航技术,将捷联式惯导和大视场星敏感器固连,以欧拉误差角作为Kalman滤波器的量测信息,实时估计并反馈陀螺常值零偏用于校正捷联惯导系统,可快速有效抑制各种由陀螺漂移引起的误差。实测数据仿真表明:以欧拉误差角作为Kalman滤波器的量测信息可使经度误差、纬度误差、航向角误差和陀螺常值零偏快速稳定、收敛,长航时试验中可使经度误差不大于0.5 nmile、纬度误差不大于0.2 nmile、航向误差30″,短航时试验中可使经度误差不大于0.25 nmile、纬度误差不大于0.12 nmile、航向误差20″。因此,该算法对于长时导航和短时导航都具有良好的适应性,具有实用价值和研究意义。     

激光加速度传感器的理论研究

提出了一种新型加速度传感器的设计理论。该传感器设计以角锥棱镜作为惯性摆，利用光学干涉原理，可以实现对运动物体的二维加速度测量。对该传感器进行了系统的理论研究，给出了二维加速度激光传感器设计参量选取的一般规律，并给出了实验的初步结果。     

一种高精度测量坦克炮塔动态转角的方法

坦克炮塔相对底盘转角的测量精度直接决定了稳瞄系统与惯导系统的精度。目前,国内的主战坦克所配备的坦克炮塔,其相对底盘的转角测量装置的测量精度低,仅解决坦克车体的转向问题。针对稳瞄系统与惯导系统对坦克炮塔相对底盘转角的精度要求问题,提出了一种由光电定位系统、机械传动系统和旋转变压器组成的动态高精度测角装置,介绍了其工作原理和工作过程,对该测角装置进行光电自准直标定并对误差进行理论分析,最后通过上车实验证明该测角系统能够满足实际需求。实践证明:该测量系统能够在通电瞬间确认位置,具有绝对零位记忆功能,其测角精度为42。     

运载火箭多表冗余捷联惯组的故障诊断与决策

为了提高运载火箭惯导系统的可靠性,介绍了一种多表冗余捷联惯性测量组合的故障诊断和冗余信息重构技术,对陀螺仪和加速度计信息采取三取二的冗余、诊断的管理策略,将故障定位到具体惯组的某个敏感轴,对故障惯组隔离后进行信息重构,实现故障情况下的导航信息的正常输出,增强了运载火箭对惯组故障的适应能力。     

陆用高精度激光惯导装备使用维护问题研究

目前国内装备应用单位对陆用高精度激光惯导装备的使用维护保养不当或不规范对惯性装备性能的影响尚无准确的理论分析，为此，以某型陆用高精度激光陀螺定位定向系统为研究对象，结合国内惯性传感器技术水平现状，详细分析了陆用高精度激光惯导装备对维护保养的需求以及规范维护保养作业的重要性。该型产品通过定期通电和系统定标维护，故障产品性能恢复，维护保养前后的水平定位精度典型实测数据分别为8.35 m(CEP)和2.9 m(CEP)，以期为国内同类装备的设计、生产以及部队使用提供参考和理论支撑。     

基于衍射微透镜的光学加速度传感器设计

提出了一种基于菲涅耳衍射微透镜的新型光学加速度传感器,它能够解决导航系统中惯性传感器普遍存在的抗电磁干扰和电磁冲击能力差等缺陷。其传感原理是把一个反光膜平行地置于衍射微透镜的后方,加速度的变化会改变反光膜的位置,根据微透镜前方会聚点处光强的变化,感知加速度的大小。介绍了传感器及其动力学系统的工作原理,并对衍射微透镜和动力学系统的微弹性机械结构进行了设计和加工,最后对传感器的性能和误差进行了分析。原理验证性实验的结果表明这种新型光学加速度传感器的原理正确,并且结构简单,灵敏度高。     

一种陀螺稳定平台瞄准线漂移的惯性补偿方法

针对陀螺稳定平台系统中地球自转引起的瞄准线漂移问题，提出一种基于惯性姿态信息的瞄准线漂移补偿方法。该方法根据惯导系统解算得出的平台地理坐标和姿态信息计算出地球自转角速率在光电稳定平台坐标系上的投影，稳瞄控制单元利用该投影信息自动补偿平台上的速度反馈数据，消除由地球自转造成的瞄准线漂移。试验结果显示，使用该补偿方法后的方位漂移及俯仰漂移分别是1.69 mrad/h和1.84 mrad/h，远小于不加该补偿方法时的方位漂移6.89 mrad/h及俯仰漂移7.32 mrad/h，证明该方法可有效补偿瞄准线漂移。