摆式陀螺寻北仪的积分测量方法

提出了摆式陀螺寻北仪双次积分测量方法。在粗寻北阶段采用步进法,通过施加外作用消耗系统原有机械能的方式实现快速寻北。在精寻北阶段采用双次光电积分法,通过对陀螺摆动的一个半周期做积分测量后,利用双次光电积分的方式得到陀螺摆动的平衡位置,然后,通过计算来获得子午面与陀螺轴向之间的夹角。进行了一系列相关实验,结果表明:双次光电积分法有效地改善了JT15试验样机的寻北测量精度,使由于测量周期变化造成的寻北误差减小了10倍以上。本方案缩短了摆式陀螺寻北仪的寻北测量时间,提高了寻北测量精度,满足了工程实用的精度和快速性要求。     

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".     

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.     

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...     

粒子滤波在光纤陀螺四位置寻北中的应用研究

为了减小噪声对光纤陀螺(FOG)寻北的影响,提高寻北精度,提出了将粒子滤波这种非线性滤波方法应用于光纤陀螺四位置寻北的方案。根据四位置寻北模型建立光纤陀螺寻北系统的非线性状态空间模型,将基于系统重采样和在重采样后引入马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain monte carlo,MCMC)移动的粒子滤波器分别应用于光纤陀螺寻北系统的非线性滤波。使用一个零偏稳定性为0.05°/h的闭环光纤陀螺进行实验,实验结果表明,这2种粒子滤波器均能够有效地提高光纤陀螺的寻北精度。基于系统重采样的粒子滤波器有随时间发散的趋势,这是由于在选定粒子数目较少的情况下,重采样导致粒子多样性丧失的结果;而在重采样后引入MCMC移动的粒子滤波器有很好的收敛性能。重复实验结果表明,使用基于MCMC移动的粒子滤波器可以达到更好的寻北性能。     

电子罗盘在全自动智能陀螺寻北仪中的应用

提出了一种电子罗盘取代人工实现粗寻北的方法。根据电子罗盘原理,用DSP从电子罗盘串口实时采集系统与北方向的夹角值,并根据所得角度值驱动系统指向粗北方向,从而代替跟踪逆转点法实现陀螺仪粗寻北自动化。实验结果表明,电子罗盘粗寻北系统提高了机械陀螺仪的粗寻北速度,粗寻北时间由原来的10 min左右减少到1.5 min以内;粗寻北精度可以达到30'以内,满足了中天法精寻北要求。     

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.     

分层近似粒子滤波及其在陀螺寻北中的应用

针对粒子滤波的粒子退化和匮乏等问题,在粒子滤波和网格近似的基础上,提出了一种采用分层近似策略的粒子滤波改进算法.改进算法利用高斯分布对后验概率密度进行近似,并在连续分布的后验概率密度上进行分层近似,从而获得更具效率的粒子,提高了粒子滤波的精度.光纤陀螺的寻北精度主要取决于光纤陀螺自身的性能以及所采用的寻北方案,将采用分层近似策略的改进粒子滤波算法应用于光纤陀螺的寻北方案中,能够有效地解决光纤陀螺寻北中的非线性状态估计问题,提高光纤陀螺的寻北精度.     

非陀螺寻北中稳速控制系统的研究

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,稳速精度是影响寻北精度的重要因素之一.电机的稳速控制是解决稳速控制的关键因素.在分析了单闭环稳速控制系统和双闭环稳速控制系统结构的基础上,探讨了多种数字化速度稳定控制方式,阐述了高精度速度稳定控制方法中的锁相环路控制法,指出变参数软件锁相环控制是一种获得高精度稳速的可行办法.     

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。     

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。     

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。     

基于分段统计非等权处理提高寻北仪抗基座扰动的能力

为减小静基座寻北时外部基座扰动对寻北精度的影响,文章首先分析了基座扰动引起寻北仪输出数据变化的特点,根据干扰大小的时段性,提出采用分段统计非等权处理的方法对寻北仪原始输出数据进行滤波处理,将分段统计后的均方差大小作为衡量该段数据可信度的依据,并对每段数据赋予不同的权值。通过人员走动及上下车的扰动试验进行仿真,证明该方法可以较好地减小基座扰动对寻北精度的影响。     

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.     

基于重力信息的惯性系粗对准精度分析

基于重力信息的惯性系粗对准方法是近期国内提出的一种解决动基座对准的新方法,诸多文献表明了该方法工程应用的可行性,但至今未见对其理论精度的分析.详细分析了初始对准的主要误差源陀螺常值漂移和加速度计零偏对惯性系粗对准精度的影响.用微分扰动法对姿态矩阵取微分,得到惯性系对准的误差方程.从惯性系下的速度误差分析人手,分别讨论了陀螺常值漂移和加速度计零偏对粗对准精度的影响,推导出惯性器件误差与失准角之间的解析表达式.指出该方法的对准精度取决于转换矩阵的精度,并分析得出该方法与传统解析粗对准具有相同的稳态对准极限值.     

两次步进预置北限幅设计

针对陀螺经纬仪存在限幅效率低的工程问题,设计了一种两次步进预置北限幅方案。介绍了传统步进限幅方法原理,分析了陀螺摆动平衡位与静摆零位的关系。将传统步进限幅法中的静摆零位跟踪更改为平衡位跟踪,通过两次步进使陀螺主轴摆动迅速限幅并以小摆角在真北附近运动。推导了两次步进转动角度及时刻的数学公式,分析了误差因素,并针对不同的摆幅和悬挂带扭转系数与陀螺力矩系数的比值进行了仿真运算。采用该方法改进了一个陀螺经纬仪的限幅,实验结果表明,该方法能在一个陀螺不跟踪摆动周期内完成限幅,限幅精度达到1′。提出的限幅方法保留了传统步进限幅法不需要增加系统硬件的优点;提高了限幅效率,满足工程应用对寻北时间和精度的要求。     

全姿态挠性陀螺寻北仪误差分析

本文对由一个二自由度挠性陀螺仪和两个加速度计组成的全姿态寻北仪进行了误差分析，其结果为这种寻北仪的研制提供了理论依据。     

小口径光纤陀螺快速精密定向测斜研究

针对油气井测量所面临的小口径、高温、高冲击等环境挑战,研究了一种应用小口径光纤陀螺和MEMS加速度计构成的新型油气井用快速定向测斜系统,为确保该环境下的测量精度,提出了快速粗测与精测相结合的方法,设计了优化的二位置寻北方案,通过旋转自动调整测量位置,并用小波滤波对信号进行处理,以实现仪器快速精密定向测斜。论文给出了系统方案、寻北测斜算法和小波滤波算法。测试结果表明:该系统90s定向精度优于±1°,倾角精度达到±0.1°以内,信号传输距离超过9000m。该方案采用了固态结构的惯性敏感器,使系统抗冲击能力大大提高,可靠性增强,各主要指标均优于传统动调式定向仪,非常适合全天候野外作业环境,具有广阔的应用前景。     

基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度,本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法.首先,对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承-转子系统进行建模;接着,设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩;然后,利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号,降低观测器的阶数;最后,将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿.仿真和试验结果均表明,设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测,通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,减少了72％的同频振动.