摆式陀螺速度检测法全方位快速预定向

为克服国内摆式陀螺寻北仪对初始架设方位要求严格,难以实现全方位寻北的不足,通过对其大偏北角运动规律的分析,提出了一种基于摆速检测的全方位快速预定向方法.运用欧拉动力学方程建立摆式陀螺大偏北角运动方程;运用相平面法分析了其全局运动规律,运用修正的谐波平衡法求得周期摆动的近似解析解;然后根据求得的近似解析解分析了灵敏部摆动速度和摆动周期的变化规律,提出采用最大摆动速度检测法实现全方位预定向,并通过降低陀螺马达转速缩短寻北时间;最后设计了实现方案,并进行了初步试验验证.分析和试验结果表明,该方法能在2 min内实现任意初始架设方位预定向,预定向后灵敏部主轴方位角最大不超过5°.该方法对实现摆式陀螺全方位快速寻北具有重要意义.     

陀螺寻北仪粗寻北新方法——角加速度计算法

为了实现摆式陀螺寻北仪的大偏北角粗寻北,文中分析了陀螺灵敏部大偏北角运动方程,在最大速度检测法的基础上提出一种新的粗寻北方法——角加速度计算法。文中首先对仪器设置大偏北角的粗寻北试验,然后使用低通滤波对粗寻北阶段陀螺速度信号进行处理,最后建立跟踪微分器求得角速度的微分信号即角加速度,代入公式求出粗寻北结束时壳体的偏北角,并对角加速度计算法的结果进行精度分析。试验结果表明,角加速度计算法精度为6.03″,精度较好,能够实现大偏北角粗寻北,具有良好的工程实践性。     

步进快速限幅摆式陀螺寻北仪

针对摆式陀螺寻北仪存在的限幅效率低的工程实际问题,提出了一种步进快速限幅方法,介绍了该方法的实现原理和步骤,分析了3种主要测量误差对限幅效果的影响,论证了步进快速限幅法在理论上的可行性,最后将步进快速限幅法成功应用于摆式陀螺寻北仪上.设计了相应的限幅试验,利用摆动的平衡位置主动跟踪逆转点,实现了对摆幅的快速精确限制.理论和试验结果均表明:提出的步进快速限幅法保留了传统步进法不需要增加系统硬件的优点,有效克服了采用电磁阻尼法限幅时电磁干扰力矩的问题,保持了限幅的可靠性.基于步进快速限幅方法的摆式陀螺寻北仪能在一个步进周期(约60 s)内实现对摆幅的快速精确限制,较传统步进法可以节省2个以上的步进周期,为缩短寻北时间提供了理论支撑和实践依据.     

基于动调陀螺的多位置捷联寻北仪研制

为了提高大型光电跟踪设备和惯性导航设备自主定向的性能,根据动调陀螺的工作原理,设计了一种多位置捷联寻北仪。针对多位置捷联寻北系统的数学模型,采用改进的最小二乘拟合算法,对正弦曲线进行参数估计,解算出北向方位角。寻北仪主要由精密位置转台及转位控制系统、惯性测量系统、温度控制系统、数据采集与处理系统及其它配套部件组成。综合考虑寻北时间和寻北精度两个技术指标,进行了时间模式和精度模式的研究和实验。在时间模式下,当寻北精度为35.4″时,寻北时间仅为4.5 min;在精度模式下,当寻北时间为9 min时,寻北精度可达到23.9″。这两项指标均高于国内同类产品。     

同一基座式非陀螺寻北瞄准方案研究

非陀螺寻北是运用加速度计发展起来的一种惯性测量技术寻北系统.在基于非陀螺寻北原理的基础上介绍了非陀螺寻北瞄准过程的工作原理.本文介绍一种将非陀螺寻北仪固定在准直瞄准仪基座上的寻北瞄准同一基座式方案的结构及其工作原理.通过对该方案安装误差的研究初步分析了影响寻北瞄准精度的因素.     

速率偏频激光陀螺寻北仪标度因数的在线估计

为满足高精度寻北的工程需求,针对激光陀螺内部腔体温度变化和锁区不稳定性等因素会使速率偏频激光陀螺标度因数发生缓慢变化的问题,提出了在线估计标定因数的方法,并研究了速率偏频激光陀螺寻北仪及其标度因数测量误差.首先,通过标度因数实验研究其变化规律;然后,仿真分析了激光陀螺标度因数测量误差对寻北精度的影响;最后,根据陀螺测量...     

基于智能陀螺经纬仪实现快速初寻北

机械陀螺经纬仪初寻北时间的长短是决定其寻北效率的关键因素.从陀螺仪寻北的原理出发,在智能寻北系统中引入了一种快速寻北新方法--加速度判定法.该方法通过计算光标运动的速度与加速度值,能够在陀螺开始寻北数秒后即测量出真北值,并且能够弥补电子罗盘初寻北精度过低的问题,是全自动寻北策略的重要组成部分.以JT-15陀螺仪为样机的寻北实验表明,将加速度判定法应用于智能寻北系统中,仪器初寻北测量精度优于3′54″,满足了JT-15陀螺仪精寻北的条件要求,保证了全自动寻北的速度和精度,对于机械陀螺的快速及智能化寻北具有现实意义.     

陀螺仪灵敏部自动升降的控制

设计了一种吊丝陀螺自动升降系统。采用数字信号处理器(DSP)控制直线步进电机,实现陀螺仪灵敏部的自动升降,完成了相关软硬件的设计,代替了传统的需要人工手动操作的凸轮装置。在陀螺自动升降的稳定性实验中,当脉冲频率为26~40 Hz时,陀螺运行稳定,摆动角度约为94~210';当脉冲频率为33 Hz时,陀螺下放及寻北效果最好,摆动角度约为105~147'。在与人工手动操作的对比实验中,采用直线步进电机的自动升降系统运行稳定、重复率低、操作简单。实验结果表明:该自动升降系统具有较高的稳定性,并可以有效缩短寻北时间和提高寻北精度,对陀螺仪的自动寻北具有现实意义。     

中天法在陀螺智能寻北系统中的应用研究

介绍了基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器与计算机技术的陀螺仪智能寻北系统的结构与工作原理,给出了中天法陀螺定向计算的一般原始公式以及在计算机环境下应用中天法的五个数学模型,通过试验证明其有效性。说明了智能化寻北方法可以改变测量结果对操作人员素质的依赖,降低测量的读数误差,部分提高陀螺经纬仪的寻北精度。     

全自动陀螺经纬仪寻北技术研究

分析陀螺经纬仪工作原理,探索实现陀螺经纬仪自动化的关键技术,设计了陀螺仪数字测量单元、陀螺仪灵敏部自动升降单元、粗寻北自动控制单元,经DSP和CPLD的总体控制协调,结合全自动寻北算法方案,完成了一种与精寻北相结合的自动化寻北系统的实验装置,实现光标自动采集、仪器操作的自动化与智能化、寻北结果的计算与显示等功能,测量时间为12min时,寻北精度(1σ)为6.3";测量时间为4min时,寻北精度(1σ)为18.7".     

一种改进的在线测量SINS陀螺常值漂移的方法

捷联惯性导航系统(SINS)中随时间变化的陀螺常值漂移是导致SINS导航误差的主要因素之一.在现有全监控方法的基础上,提出一种改进的在线测量SINS陀螺常值漂移的方法.利用短时间内监控陀螺常值漂移变化缓慢的特点,改进监控陀螺的旋转方案,在减少监控陀螺旋转次数提高效率的同时保证陀螺常值漂移的测量精度.详细介绍了其原理并进行了理论推导和误差分析,最后通过陀螺全监控和惯性导航半物理仿真实验验证了其有效性.仿真结果表明,该方法有效降低了实施的复杂性,同时使监控补偿后的陀螺漂移减小了一个数量级(均方根),惯性导航平面位置精度提高了近5倍.     

水平式光电望远镜目标定位误差的预测

为了确定水平式光电望远镜的各主要误差对观测精度的影响,提高望远镜的指向精度,对它的目标定位误差进行了分析。针对水平式望远镜的结构特点,通过分析从被测目标到望远镜相面产生目标定位误差的光、机、电等各种误差因素,建立了水平式望远镜目标定位测量方程。应用蒙特卡罗法进行误差仿真,预测出水平式望远镜的目标定位误差,并对各误差的敏感性进行了分析。选取敏感性高的误差项建立误差补偿模型,对实拍星体误差进行补偿实验,结果表明:补偿后经轴转角误差标准差从66.4″降低到3.3″,下降了95%;纬轴转角误差标准差从49.4″降低到5.6″,下降了89%。所用方法和模型能够对主要误差进行分析和预测,可为水平式光电望远镜的总体设计提供参考。     

编码器轴系晃动对测角精度影响分析

光电轴角编码器作为一种精密测角传感器,其测角精度受到多种因素的影响,其中轴系晃动是影响其精度的主要因素之一。为了研究编码器轴系晃动的规律,利用多种检测方法对轴系晃动进行检测,利用傅里叶谐波数学模型对测量结果进行分析,并结合编码器测角精度检测结果,发现测角精度与轴系晃动的低频谐波之间存在固定的函数关系,采用这种关系可以补偿编码器的测角误差。利用这种方法可以在编码器内部或在线的方式进行实时误差补偿,从而达到提高编码器测角精度的目的。这对相关仪器的测量精度的提高起到一定参考意义。     

用于三轴光电跟踪系统的神经网络误差修正法

系统误差的存在严重影响了光电跟踪系统的引导精度和测量精度,现阶段用于三轴光电跟踪系统的最小二乘系统误差修正法精度较低,球谐函数系统误差修正法亦不适于Z轴连续转动时的系统误差修正。三轴光电跟踪系统的系统误差是以其三个角度测量值为参数的曲面,而神经网络可以精确拟合复杂的曲线或曲面。分析和仿真证明,基于BP神经网络的系统误差修正法可用于Z轴连续转动的三轴光电跟踪系统,而且可把系统误差修正到约为原来的28%。     

基于构建最优函数提高飞机姿态测量精度

提出了基于构建最优函数来提高飞机姿态测量精度的方法.首先,利用模板匹配法获得飞机在两个测站投影的同名特征点,在发射坐标系下采用交会获得飞机同名特征点的坐标值,根据飞机在空间的特征三角形解算飞机姿态的初值.然后,建立飞机体坐标系;利用成像的共线方程,重新计算空间特征点对应的像点坐标;以重投影结果与实际像点之间的偏差最小作为优化目标函数.最后,通过迭代提高目标姿态解的精度.实验结果表明,飞机轴向成像在大于500pixel时,姿态角测量误差小于0.1°.与中轴线法及飞机角平分线方向向量法测量精度比对,本文提出的方法采用的数学模型正确、算法合理,有效地提高了飞机姿态的测量精度.     

轴系晃动与动态靶标精度检测

旋转动态靶标是用来检测大型光电经纬仪跟踪精度和动态精度的设备。为了得到旋转动态靶标轴系晃动与精度的关系,利用旋转向量与坐标系变换理论分析轴系晃动对靶标高低角和方位角的具体影响,并对其误差进行分析。由于靶标的动态精度目前还没有设备能够检测,只能根据分析的结果,用自准直仪对静态的轴系晃动进行测量,然后标定静态的精度,验证了静态轴系晃动对靶标的影响与理论计算值一致性很好,然后通过测量靶标动态的轴系晃动来修正靶标的动态精度。     

基于后验误差拟合的角位移测量误差补偿

在航天、军事、工业这些对器件的体积有着严格要求的领域,光电编码器不仅要求减小外径尺寸和重量,更要提高其测量精度。本文以光电编码器误差补偿方法为研究对象,基于后验误差拟合方法确定误差模型参数,从而实现对小型光电编码器的深度误差补偿。分析了影响光电编码器测角误差的主要因素,建立了长周期误差和短周期误差模型。然后,采用后验误差拟合算法实现了对误差模型参数的确定,提出误差补偿算法;最后,对某一小型光电编码器进行实验,验证了所提出误差补偿算法的性能。某型号光电编码器补偿前的精度为22.48″,补偿后的精度为5.82″。实验表明,采用后验误差补偿方法可以不考虑误差影响因素的大小,直接对编码器进行误差补偿,具有效率高、补偿准确等优点,极大地提高了批量生产时光电编码器产品的精度。     

一种小型三轴光电跟踪架设计

针对过顶机动目标的精密跟踪及光电精密跟踪与测量系统的机动性问题,在总结了现有光电精密跟踪与测量设备的优缺点的基础上,提出了一种小型三轴光电跟踪架结构,首先介绍了地平式跟踪架天顶盲区大小与俯仰轴最大倾斜角度间的关系;接着介绍了天顶区域的跟踪策略;最后介绍了俯仰轴倾斜跟踪时,下行光路的控制方法。研究结果表明,小型三轴光电跟踪架结构紧凑且可实现对目标的过顶跟踪,与能实现目标过顶跟踪的常用的三轴光电跟踪系统相比,结构的动态性能更好,也利于设备的机动运输。     

BP神经网络在多位置捷联寻北系统中的应用

为了精确拟合多位置捷联寻北系统采集的数据的曲线,计算陀螺初始位置和真北方向的夹角,简要介绍了多位置捷联寻北系统的工作原理,推导了寻北测量的数学模型,并分析了影响测量精度的因素,分别采用了最小二乘法和BP神经网络法,对两种方法的拟合精度和最终计算得到的寻北结果进行了比较。实验结果表明：与最小二乘法相比,BP神经网络拟合精度较高,拟合残差和较小,达到0.06位,残差的均方差达到34.45位,在计算相位角时,多次寻北结果的均值基本一致,但均方差明显由于最小二乘法,达到8″。满足寻北系统对数据拟合精度的要求。     

车载经纬仪的测量误差修正

载车平台变形会直接导致经纬仪方位旋转轴线产生倾斜,从而影响经纬仪的测角精度。为补偿测角精度,实现活动站测量,通过球面几何推导了平台变形对光电经纬仪测角误差影响的修正公式,利用光电轴角编码器精度高、采样频率高的特性,测量出经纬仪坐标系倾斜,经过坐标变换推导出经纬仪倾斜角和倾斜方向,该测量装置通过时统终端与经纬仪望远系统同时记录测角数据及倾斜数据,从而对测角误差进行修正。实验结果表明,该方法能够实时有效地补偿因平台变形而带来的测角误差,使经纬仪不落地测角精度控制在20″内,为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。