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。     

自适应陷波器在机抖激光陀螺信号处理中的应用

首先利用极零点受限自适应陷波器对二频机械抖动激光陀螺输出信号利用预处理,然后再进行低通滤波器处理的方法,不仅有效地消除了抖动输出,而且减小了由FIR滤波器引起的时间延迟。     

激光陀螺抖动控制电路高精度数字化设计

随着激光陀螺电路系统数字化,小型化的不断发展。传统的机抖激光陀螺模拟偏频系统由于存在体积大,难以进行精确控制的缺点而在使用中受到极大限制。本文设计了一种基于DSP的数字机抖偏频控制系统,提出了数字机抖偏频控制系统原理,实现了一种周期性锯齿波噪声的注入。实验结果表明,数字机抖控制系统工作稳定,激光陀螺测量精度高。     

二频机抖激光陀螺零偏的温度特性的逐步回归分析

研究了二频机抖激光陀螺的零偏的温度特性。通过重复性温度实验,利用逐步回归法分析了机抖激光陀螺零偏与温度的关系,得到了零偏的实时温度补偿模型。结果表明,二频机抖激光陀螺的零偏和温度、温度速率具有较好的线性关系和重复性,可以通过温度补偿来提高陀螺的精度。     

全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性,结合自适应噪声对消原理,建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计,搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试,实验结果表明,自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰,稳频精度提高了近一个数量级,陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。     

全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术EI北大核心CSCD

针对全反射棱镜式激光陀螺在稳频过程中相敏信号易受噪声干扰的现象,研究了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频技术。理论分析了全反射棱镜式激光陀螺的稳频特性,结合自适应噪声对消原理,建立了全反射棱镜式激光陀螺自适应稳频系统的数学模型。通过硬件电路设计,搭建了基于递归最小二乘算法的自适应稳频控制系统。分别对原有稳频技术与自适应稳频技术进行了实验测试,实验结果表明,自适应稳频能有效消除噪声对相敏信号的干扰,稳频精度提高了近一个数量级,陀螺精度相应提高了60%以上。此分析结果为提高全反射棱镜式激光陀螺的性能提供了重要参考。     

小型集成三通道机抖激光陀螺数字式控制电路设计

针对军事和民用工程中亟待解决的捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度问题,提出了一种以单块电路板实现对3个机械抖动激光陀螺进行数字式稳频控制、抖动控制、稳流控制、信号检测及脉冲计数的全功能小型机抖激光陀螺集成控制方案,设计了以DSP和FPGA为核心控制器的陀螺电路。试验结果表明,该集成控制电路能同时实现3路陀螺的自动控制,参数调整灵活方便,控制精确稳定,在实现小型化集成化的同时,提高了激光陀螺的输出精度,为捷联式机械抖动激光陀螺惯导的小型化、集成化和高精度奠定了基础,已在多个项目中获得工程应用,具有较高实用价值。     

机抖激光陀螺锁区补偿的理论研究

二频机抖陀螺具有较高的精度,但在每个抖动周期需要两次通过锁区,会丢失部分信息,从而带来了过锁误差.噪声注入只能将误差随机化,并不能从根本上消除误差.根据锁区方程阐述了锁区对机抖陀螺精度的影响.对二频机抖陀螺的锁区补偿方案进行了理论研究.采用零速率点恒加速近似得到了过锁误差的信号表征方法.数值分析表明该锁区补偿方法在各种...     

有限冲击响应滤波器在四频激光陀螺中的应用

针对目前四频差动激光陀螺光学解调方案可靠性和温度特性差的特点,介绍一种基于FPGA的数字拍频解调方案。分析了四频差动激光陀螺数字拍频解调对电路系统的需求,对数字拍频解调的关键部件低通滤波器进行了设计与实现。根据四频差动激光陀螺的特性参数计算滤波器的通带截止频率及阻带截止频率,使用MATLAB的滤波器设计和分析工具FDATool完成了有限冲击响应（FIR）数字滤波器的参数设计,并利用Xilinx公司的FPGA集成开发环境ISE实现FIR数字滤波器的片上系统设计。仿真和实验结果表明,所设计的FIR数字滤波器对四频差动激光陀螺的和频分量衰减达到-66 dB,满足四频差动激光陀螺拍频解调的需求,并有助于实现四频差动激光陀螺的小型化和数字化。     

基于FPGA的四频陀螺信号解调系统的设计与仿真

为了简化四频差动激光陀螺的信号读出系统,采用了一种基于FPGA实现的数字电路解调方案取代传统的合光棱镜中的1／4波片和偏振片来分离左、右旋陀螺信号。简述了四频差动激光陀螺的信号读出原理及解调电路方案,设计了主要由A／D转换器和FPGA构成的四频陀螺信号读出系统。通过Quartus Ⅱ等EDA工具在软件上对系统予以了实现,并针对其主要功能模块进行了仿真验证。仿真结果表明,将四频陀螺信号转化为数字信号后,利用FPGA实现信号解调并最终达到分离左、右旋陀螺信号的方案是可行的,该方案将有助于全数字化激光陀螺的研制。     

激光陀螺读出信号高速采集系统

介绍了激光陀螺（RLG）读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FP—GA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOSⅡ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。     

机抖激光惯导圆锥误差补偿算法研究

随着陀螺技术的发展,激光惯导陀螺数据输出频率变高,常用圆锥误差补偿算法使得系统运算负荷较大且无法有效挖掘高频数据对圆锥误差的补偿潜力。针对上述问题,提出五子样二次迭代圆锥误差补偿算法,推导了五子样二次迭代优化算法公式,并与双回路二子样、三子样优化算法进行了对比计算。经研究表明,该算法在保证惯导数据更新频率的同时有效提高了圆锥误差补偿效果,且相对于目前常用算法,对系统造成的运算负荷较小。提高了激光惯导系统在圆锥运动等恶劣工作环境下的工作性能。     

基于小波阈值滤波的激光陀螺消噪方法

利用小波多分辨率分析的特点和分形噪声在小波变换域的特性,采用小波变换域参数估计方法获得噪声参数,然后采用小波阈值滤波方法去除噪声,并比较了三种小波基不同的滤波效果.通过仿真试验,陀螺的零漂值从0.3755°/h减小到了0.1026°/h.     

腔内低气压对激光陀螺光路变动及其损耗的影响

激光陀螺光路稳定性决定着陀螺的性能,而谐振腔内外压差是影响陀螺光路稳定性重要因素之一.为了研究腔内低气压对激光陀螺光路变动及其损耗的影响,采用ANSYS仿真软件对激光陀螺在腔内低气压状态下反射镜的微小形变进行了仿真计算,结果表明:低气压状态下,反射镜的中心发生最大形变,其中球面镜最大形变量为545nm,平面镜最大形变量为31nm,这不仅引起光路偏离光阑中心390nm,同时引起球面镜曲率变化174mm.进一步从理论上分析了这种变化对光路变形和谐振腔损耗的影响,结果表明:上述变化综合引起谐振腔损耗变化2%~3%,其中球面镜曲率半径的变化是引起损耗变化的主要原因,增加球面镜槽深或降低腔内外压差都能有效减小这种光路的变化.通过搭建光路测试系统,进一步验证了计算结果的正确性.     

数字化高精度动调陀螺马达的电源设计

对数字化高精度动调谐陀螺马达电源的设计进行了研究。设计了基于SVPWM技术和DSP技术的数字化陀螺马达电源,分析了SVPWM技术原理和电源输出稳幅控制策略,给出了采用TMS320LF2407数字信号处理器、智能驱动模块和集成功率运算放大器实现的逆变器电路和稳幅电路,并给出了电源输出的实测结果与波形失真度分析。测试结果表明,运用SVPWM技术设计的数字化陀螺马达电源可以满足动调陀螺在光电稳瞄系统中应用的技术要求。     

增损比对激光陀螺影响的研究

光强调谐曲线是激光陀螺工作模式选取和稳频的依据,而陀螺的增损比将直接决定光强调谐曲线的形式.为了提高陀螺准确度,本文对双同位素综合展宽情况下二频激光陀螺出光带宽与增损比之间的关系进行了分析计算,结果表明,激光陀螺的出光带宽与增损比之间存在单调递增的变化关系.数值仿真了不同增损比情况下陀螺的光强调谐曲线,结果表明,根据激...     

激光陀螺新型槽片

根据激光陀螺的使用要求,针对传统槽片在结构和材质上给加工和陀螺性能所带来的不利因素,设计一种集微晶玻璃和熔石英玻璃的优点于一体的新型槽片结构。其基体采用与陀螺腔体材料相同的底膨胀系数的微晶玻璃,反射片采用抛光表面特性很好的熔石英玻璃,通过光胶接合组成一个完整的新型槽片。并针对新的槽片结构提出了与之相应的陀螺腔体贴片面加工方案,使其既能配合新结构的槽片又不增加腔体的制造难度。同时还提出和实现了在加工中采取球面部件与槽片基体分开加工的方式,使得新结构槽片不仅解决了长期困扰陀螺制造行业的因石英槽片易漏氦而引起的陀螺存储寿命相对较短的问题,同时还降低了球面基片超光滑表面加工难度和加工成本。     

增损比对激光陀螺影响的研究

光强调谐曲线是激光陀螺工作模式选取和稳频的依据,而陀螺的增损比将直接决定光强调谐曲线的形式.为了提高陀螺准确度,本文对双同位素综合展宽情况下二频激光陀螺出光带宽与增损比之间的关系进行了分析计算,结果表明,激光陀螺的出光带宽与增损比之间存在单调递增的变化关系.数值仿真了不同增损比情况下陀螺的光强调谐曲线,结果表明,根据激光陀螺出光带宽与相邻纵横间隔相对大小的不同,其光强调谐曲线的形状可分三种,仿真与试验结果非常吻合.分析并试验验证了增损比选取不当对激光陀螺工程化应用可能产生的影响,给出了不同腔长情况下激光陀螺增损比合理选取的参考值,即应保证陀螺的出光带宽约等于其相邻纵横间隔.