有约束阻尼的非保守力学系统的稳定性

利用Ｌｙａｐｕｎｏｖ直接法，研究了有势力、陀螺力、Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼和约束阻尼同时作用的非线性非保守力学系统的稳定性．假设陀螺力依赖某参数ｈ，得到系统渐近稳定的两个定理．     

MEMS振动陀螺驱动模态稳幅特性与控制

微机电哥氏振动陀螺控制系统分析主要包括驱动模态和检测模态两个部分.对于微机电哥氏振动陀螺驱动控制多采用类比LCR振荡电路的间接分析方法,不能精确定量的分析微机电哥氏振动陀螺驱动稳幅控制的系统特性与控制参数,也未能明确提出微机电哥氏振动陀螺的驱动稳幅回路对象模型及其特点;针对这一问题,采用脉冲响应函数法,推导了微机电哥氏振动陀螺的驱动稳幅回路被控对象数学模型,经过实际系统测试验证了模型分析的准确性.在分析了该模型特点和物理本质的基础上,结合工程实践阐述微机电哥氏振动陀螺驱动稳幅控制回路的两种实现方式,并比较了两种实现方式的优缺点.     

舰载旋转机械基础冲击响应建模和数值计算

针对舰载旋转机械的水下非接触爆炸冲击动力学响应问题,提出了一种基础冲击转子-轴承系统建模理论.结合牛顿运动定理、动量矩定理和Timoshenko梁理论,推导出了系统动力学微分方程,方程综合考虑了转子的旋转惯性力、剪切力、陀螺效应、轴向力、轴向扭矩以及轴承的油膜力.通过在时间域和空间域分别采用直接积分法和Galerkin...     

余度传感器捷联惯导软故障检测

针对余度传感器捷联惯导系统软故障检测的漏警率和虚警率高,以及多个软故障难以检测的问题,对Potter等人的广义似然比方法(GLT)加以改进,增加了检测两个和两个以上软故障的能力,以"总误差向量"的新概念来研究所有误差对检测准确性的影响,并以推导充分条件的方法来分析影响检测的因素.以Honeywell公司的6激光陀螺Hexad系统为对象,推导了分别检测一个和两个陀螺软故障的充分条件,分析了影响两个陀螺软故障检测的原因.仿真结果表明,在满足充分条件时,对1个软故障陀螺和两个软故障陀螺的检测率能达到100%;尽管极小概率的软故障误差量在奇偶检测方程中的相互对消作用会导致漏警和虚警,但在绝大多数的漏警或虚警都是由于其它误差量出现了较大偏差所引起.     

基于自适应UKF算法的MEMS陀螺空中在线标定技术

为保证微型卫星定位应用中系统精度与稳定性,需要对姿态传感器进行实时在线标定.在无外界姿态参考时,提出一种用三轴磁强计测量值来实时估计MEMs陀螺的零漂误差的方法,采用UKF滤波算法,将陀螺漂移作为滤波状态向量,通过建立三轴磁强计测量微分方程,作为系统量测方程实现陀螺漂移的最优估计.针对磁强计测量信息易受干扰导致滤波量测模型不准确的问题,将自适应因子引入到UKF中,通过在线监控和调整测量误差,减少陀螺标定的估计误差,增强系统性能.实验结果表明,经过标定,MEMS陀螺精度提高约30%,并且在磁强计有外界干扰时,陀螺的标定结果收敛.将标定后的MEMS陀螺进行姿态解算,其动态误差小于2°.     

激光捷联系统中的优化圆锥误差补偿算法

激光捷联系统中采用低通滤波器消除激光陀螺角增量输出中机械抖动引入的干扰信号,同时也对陀螺敏感的外界惯性输入角速度信号进行了频率整形,产生了视在圆锥误差,此时传统圆锥补偿算法未考虑滤波器影响补偿精度严重降低.针对本系统采用了31阶低通滤波器对陀螺的角增量输出整形,分析了其引入的视在圆锥误差,基于滤波器的频率特性,采用五子样圆锥误差补偿算法,即在旋转矢量更新周期内有五个陀螺采样信号,可以构成四种不同时间间隔的陀螺输出角增量信号的叉积,利用这些叉积的线性组合更新旋转矢量.仿真结果表明,对经过滤波器整形的陀螺输出角增量进行补偿,优化的圆锥补偿算法的补偿精度明显优于传统圆锥补偿算法,使系统姿态角的精度提高了两个数量级.     

一种卫星用高可靠性的惯性敏感器--正十二面体安装方案简介

介绍了一种卫星用高可靠性惯性敏感器,它的六个陀螺的输入轴按正十二面体安装,任意三个陀螺工作均能给出卫星的三轴姿态信息,这样在单个陀螺平均寿命一定的条件下,惯性敏感器的可靠性大大提高。文中还介绍了该方案的其它优点和结构设计巧妙之处,目前已应用该方案设计、加工、调试出实用的惯性敏感器,并通过了各项地面试验,适用于高精度、长寿命的三轴稳定卫星。     

敏感器正常和故障模式下微小卫星的姿态确定方法

围绕某日-地空间环境组网探测系统中微小卫星定姿系统的设计需求,基于MEMS陀螺、小型CMOS太阳敏感器、微磁强计,研究了该微小卫星各敏感器正常工作模式以及敏感器故障模式下的系统建模和姿态确定方法。各敏感器正常工作模式下,用陀螺、太阳敏感器和磁强计进行组合定姿;陀螺故障时,用太阳敏感器和磁强计进行组合定姿;太阳敏感器故障时,用陀螺和磁强计进行组合定姿;陀螺/太阳敏感器同时故障时,用磁强计进行定姿。仿真结果表明,本文定姿方法的姿态确定精度满足该系统中微小卫星在轨运行时的定姿精度要求,为该微小卫星的半物理仿真系统的研究及其在轨运行时的姿态确定提供了依据。     

自适应卡尔曼滤波在移动卫星通讯系统中的应用

研究了自适应卡尔曼滤波技术在移动卫星通讯系统中的应用.首先分析长时间工作的移动卫星通讯系统对导航定位系统的要求,其次通过对系统建模建立系统方程,利用GPS信息和激光陀螺惯性导航系统(LINS)信息建立量测方程.为了避免滤波发散,卡尔曼滤波算法采用Sage&Husa算法.最后给出在北京西郊跑车实验的结果.实验结果表明采用自适应卡尔曼滤波技术的LINS/GPS组合导航系统可以有效地改善移动卫星通讯系统的性能.     

机抖激光陀螺动力学特性研究

在构建激光陀螺捷联系统时,三个激光陀螺安装在同一个基座上.由于三个陀螺振子都在进行高频角振动,激励基座产生耦合振动,造成陀螺是在振动基座环境下工作,引起激光捷联系统的抖动耦合误差,导致系统导航精度下降.采用有限元方法研究了机抖激光陀螺的动力学特性和振动模态,以及机抖激光陀螺的振子抖动对基座的影响和外界激励条件下陀螺的响应.通过压电陶瓷激励下陀螺的频率响应分析,实现了激光陀螺工作状态下的动力学仿真,可以获得陀螺工作时激光陀螺任意位置的动力学响应信息,从而为激光陀螺和基座的结构设计提供评判依据,也为分析激光捷联系统的抖动耦合误差开辟了新途径.     

陀螺系统与反对称矩阵辛本征解的计算

用状态向量法,引出陀螺线性系统的广义本征问题,证明了本征向量之间的加权共轭辛正交关系,以及用本征向量对任意状态向量的展开定理。运用反对称矩阵胞块组成的LDL~T分解,将本征方程导向辛本征问题的标准型。这套方法适用于陀螺系统K阵不正定的情形。对于辛本征问题用SH变换将矩阵化为半边三对角线胞块阵或三对角线胞块阵,然后再求解其全部本征解。为陀螺系统的模态分析打下了基础。     

半球谐振陀螺星载惯性测量单元设计与实现

半球谐振陀螺是一种新型固体振动陀螺,具备功耗低、寿命长、稳定性高等特点,可完美适应卫星的姿态控制。针对微小卫星应用需求,利用半球谐振陀螺构建了星载惯性测量单元。首先,通过测量单元硬件结构设计,对其内部空间进行优化,并通过力学特性及力学试验仿真分析,验证其机械可靠性。其次,针对微小卫星应用环境优化半球谐振陀螺电路设计,提高惯性测量单元可靠性。最后,力学环境试验结果表明,三轴半球谐振陀螺的零偏稳定性均优于0.1?/h,敏感器件满足标度因数非线性度和零偏稳定性（1）的要求,实现了满足微小卫星应用需求的低成本、小体积、高可靠的半球谐振陀螺星载惯性测量单元。     

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。     

核磁共振陀螺磁屏蔽罩内静磁场系统优化设计

核磁共振陀螺作为目前世界上体积最小的导航级陀螺,受到了国内外的广泛重视。为获得高精度与大动态范围,核磁共振陀螺通常工作在磁屏蔽罩中。根据静磁场的惟一性定理,磁力线会在磁屏蔽罩表面反射,从而影响核磁共振陀螺静磁场区域的磁场均匀性。从核磁共振陀螺静磁场分布的理论分析出发,通过数学计算和计算机仿真,分析和研究了磁屏蔽罩对静磁系统的影响,通过综合调整螺线管与屏蔽罩的交互参数,对静磁系统进行了优化设计,同时还确认了螺线管加工误差对系统性能的影响。设计的核磁共振陀螺静磁系统磁场优于1.11×10~(–5),较优化前提高至少一个数量级,满足核磁共振陀螺的使用需求。     

基于故障树和奇异值分解的捷联惯导系统故障检测

针对捷联惯导系统（SINS）的电路故障等问题,提出基于故障树分析的捷联惯导系统故障诊断。通过合理地布置测点,实现了对系统中关键的部件进行状态检测。同时针对捷联掼导系统光纤陀螺信号的特点,将奇异值分解算法（SVD）应用于陀螺故障检测中,该方法不仅能检测出单个陀螺发生故障的情况,而且还能有效的检测出两个陀螺同时发生故障的情况。文中以六个单自由度陀螺冗余惯性导航系统的仿真结果验证了该算法的有效性。实验结果表明,将FTA方法和SVD方法结合用于捷联惯导系统中的方案是可行的,能有效提高系统的可靠性。     

基于立体视觉的相对姿态确定算法可观性分析

针对基于立体视觉的相对姿态确定算法无法正确估计出陀螺误差这一问题,分析了该算法中各个状态的可观性.首先,根据相对姿态误差方程和立体视觉测量方程建立滤波器模型.其次通过选取不同变量作为误差方程的状态,确定了系统中的不可观子空间.进而对系统的结构分解揭示出,该相对姿态确定算法仅能估计出主从星之间的相对姿态和其陀螺误差的线性组合这一结论.从系统结构分解的分析中还可以看出,当立体视觉系统测得的特征点大于两个以上时,增加特征点个数对提高陀螺误差的可观测性是没有帮助的.最终的仿真结果证明了论述的正确性.     

万向支架陀螺与自旋卫星的耦合运动

本文使用相坐标摄动方法讨论万向支架陀螺与自旋卫星的耦合运动,将万向支架的惯性力矩作为对陀螺及卫星的Euler-Poinsot运动的摄动。导出陀螺与卫星的耦合章动漂移公式,周知的Magnus公式是卫星无章动时的特例。文中还讨论了章动同步现象,并导出轴承粘性摩擦引起陀螺与卫星的章动阻尼运动的稳定性判据。     

基于姿态匹配的船体形变测量方法

针对激光陀螺船体形变测量系统,提出了一种新的基于姿态匹配的形变测量解算方法。该方法不同于以角速度差作为观测量的惯性测量匹配法,而是基于两套激光陀螺系统的姿态信息。确立了新的形变测量滤波观测量,并建立线性量测方程。两套激光陀螺系统直接利用激光陀螺输出的角增量数据相对于惯性空间进行姿态更新,惯性坐标系取为各自初始时刻的载体坐标系,完全回避了系统初始对准问题,且充分利用了激光陀螺角度测量精度高的特点。仿真结果表明,该方法能够有效实现船体形变的高频精确测量,仿真测量精度优于15″,为激光陀螺船体形变测量技术进入工程应用打下了基础。     

基于光纤陀螺零偏稳定性的高精度寻北方案

为了进一步提高光纤陀螺寻北系统的测量精度,提出了一种基于光纤陀螺零偏稳定性分析的寻北算法设计方案.首先,分析了光纤陀螺寻北系统的原理和影响系统寻北精度的主要因素,指明在寻北时间一定的情况下,需要根据光纤陀螺零偏稳定性的测试结果来平衡单位置积分时间及位置数,来达到较高的寻北精度.实验数据表明,本系统利用精度为0.03 (°)/h的陀螺进行5 min寻北测试,采用56位置法可以实现3′的寻北精度.此方法突破了传统寻北算法的参数选择标准,能够最大程度抑制陀螺的测量噪声,大幅提高寻北系统性能,对其它陀螺寻北系统的参数选择具有借鉴意义.     

三轴台陀螺伺服状态的实现

本文阐述了陀螺伺服状态中陀螺作为敏感元件给系统带来的新问题,即带进了陀螺的时间常数及其他问题,以及对于动力调谐陀螺这些问题的处理.为保护陀螺,在大偏差时加入测速机进行阻尼,当小偏差时死区电路自动切断测速机回路以确保伺服精度.文中还介绍了其他提高伺服精度的措施,如增大带宽及抑制干扰等,并对伺服数据进行了分析,说明陀螺伺服状态设计是正确的,实践上是可行的.