光纤陀螺动态寻北转位控制系统设计

针对光纤陀螺动态寻北仪实际应用中存在的转位误差以及高频测量噪声问题,对寻北仪转位机构引入低通滤波和反馈回路,设计出了一种新的转位控制系统,有效地减小了由于光纤陀螺和转位机构的误差带来的系统误差,从而提高了动态寻北仪的寻北精度;实验结果表明,相同条件下该控制系统能有效缩短寻北时间,提高定位精度至4″,具有较好工程实用前景。     

基于光纤陀螺的单周快速动态寻北算法研究

以单个单轴光纤陀螺为主要惯性测量器件,提出了一种新的基于单周期逐点最小二乘拟合的快速动态寻北方案。该方法先利用连续恒速的机械旋转将光纤陀螺的输出信号调制成一定频率的余弦调幅波;然后,通过恰当的数字滤波处理较好地抑制了随机漂移和各种高频干扰对测量精度的影响,最后,通过整周期逐点最小二乘拟合显著地降低了低频干扰的影响,提高了寻北精度;并在此基础上进行了实验室实际测试和误差分析。实验结果表明:选用精度0.8°/h的光纤陀螺和该寻北算法,在12′内便可实现10个角分的较高解算精度,操作简单,稳定性好。     

二位置陀螺寻北仪及转位误差分析

文章介绍了二位置陀螺寻北仪工作过程及算法原理,它采用陀螺仪在相差180°的两点上采样相互对消陀螺常值漂移的方法,提高寻北精度;其突出特点是结构简单,实现方便,精度较好;为了提高寻北精度和缩短寻北时间,文章找出误差源中的转位误差,并分析了转位误差对寻北误差的影响,推导了误差公式,得出转位误差引起的寻北误差是一个常量的结论,同时提出了转位误差的测量与补偿方法。     

ARMA模型在光纤陀螺惯导系统寻北中的应用

在光纤陀螺捷联惯导系统寻北过程中,光纤陀螺的随机漂移是影响其精度的重要因素。论文提出了一种建立三阶自回归模型AR（3）方法,实现了高精度FOG捷联惯导系统静态输出信号的在线建模,并采用强跟踪卡尔曼滤波技术进行误差的实时滤波。寻北试验结果表明,寻北精度有了明显的提高,从而验证了方法的可行性,具有工程实用性。     

磁浮寻北仪转位误差对寻北精度的影响分析

阐述了磁悬浮陀螺寻北仪的寻北原理,将地球自转角速度分解到陀螺坐标系上,分析了在转动机构没有精确转到要求的位置,存在转位误差的情况下所引起的寻北误差,推导出了转位误差与寻北误差之间的关系表达式,为转位误差的补偿提供了理论基础,也为提高寻北速度提供了技术支持。     

全自动陀螺经纬仪中粗寻北系统设计

寻北过程自动化是陀螺经纬仪发展的必然趋势,设计了一种以MSP430单片机和电子罗盘为核心的自动粗寻北系统,明显地提高粗寻北速度及精度;单片机通过异步串口实时采集电子罗盘与真北方向角度偏差,控制精密转台旋转,直到仪器处于真北方位±30分以内为止;实验结果表明,系统寻北精度控制在预定范围以内,粗寻北时间也由传统的跟踪逆转点法所需的10分钟左右减少到现在的1分钟以下,为最终全自动寻北节省了时间。     

积分法在智能陀螺寻北系统中的应用研究

寻北方法是陀螺寻北仪的重要研究对象。在分析智能陀螺寻北系统的光路及采集系统基础上,对积分法进行了深入的理论分析,并讨论了其在智能寻北系统中的应用研究。利用JT—15型陀螺寻北仪,分别用中天法和积分法进行了寻北测量的对比实验,中天法测量的标准偏差不超过11,″积分法测量的标准偏差不超过9″。实验结果表明:积分法可以得到比中天法高的测量精度,在全自动智能寻北系统中可替代中天法进行寻北测量。     

嵌入式系统在陀螺寻北技术中的应用

充分利用ARM芯片高性能和接口丰富的特点,在原有以PC104为处理器的基础上重新设计了寻北方位仪计算机系统的软硬件,以ARM芯片LPC2292重新构建了计算机硬件平台.     

基于多位置寻北技术的伺服系统

在介绍多位置寻北技术原理的基础上,设计一个位置、速度双闭环伺服控制系统,以保证陀螺在转动过程中不受冲击。该系统采用分度定位的方法,在转台一周等间隔选取n个点,通过PID控制器对每点实时进行位置和速度的校正,使各点的转动时间不超过200 ms,定位精度1.1′,实现定向时间短、精度高的方位信息的测量,提高陀螺测量的稳定性,为获得高精度寻北结果提供了保障。     

基于FFT的陀螺寻北仪误差补偿

传统提高陀螺寻北仪精度的方法主要是选用高精度陀螺、提高转位精度、增加转位数、通过数字滤波消除外界干扰等,这些方法大多针对寻北仪的某方面误差因素进行改进,而对寻北仪整体的误差特性研究较少。通过对陀螺寻北仪综合误差特性的分析,提出了基于快速傅立叶变换(FFT)的寻北仪误差补偿方法。该方法首先测量出寻北仪的整周误差,然后通过求取FFT系数完成对寻北仪的系统级误差补偿,该方法尤其对寻北仪制造过程中的结构误差和测量元件的常值漂移残差具有良好的补偿效果。经产品验证可以在保持现有陀螺和转位精度不变的情况下,提高寻北精度3倍以上,具有良好的工程实用价值。     

陀螺经纬仪自动粗寻北系统的设计研究

提出了一种利用电子罗盘实现陀螺经纬仪粗寻北自动化方案。通过分析电子罗盘的原理和影响其精度的因素,对电子罗盘进行了校准。设计了基于DSP的控制电路,根据电子罗盘的输出驱动系统指向粗北方向。实验结果表明：电子罗盘粗寻北系统的精度在±30’以内,完全满足使用要求,粗寻北时间由10-15min减少到1-2min。     

3/4周期中天法的陀螺智能寻北

陀螺仪寻北的中天法一次测量需要一个完整的陀螺摆动周期,需时较长,已不能适应现代测量需要。在传统中天法的基础上,提出了3/4周期中天法,并给出了3/4周期中天法的原理和推导公式。完成了传统中天法与3/4周期中天法应用于JT15陀螺仪上的精度对比实验。实验表明:3/4周期中天法在基本保持中天法测量精度的情况下,可以有效地缩减中天法的寻北时间。说明了欠周期中天法寻北测量的可行性,从而为提高寻北效率找到了一条有效的途径。     

复合寻北在全自动陀螺经纬仪系统中的应用

介绍了当前国产陀螺寻北仪的缺陷,阐述了基于电荷耦合器件(CCD)与微处理器技术在陀螺仪寻北的光学系统结构和工作原理,给出了复合式方法与微处理器在寻北仪的定向计算公式及其数学模型,通过试验证明其有效性。说明了该系统可以缩短测量时间、简化操作,并部分提高了陀螺经纬仪的寻北精度,标准差可控制在10″以内。     

低功耗小型化光纤陀螺SLD驱动电路的设计

为实现光纤陀螺工程化,结合光源驱动电路的特点,设计了由大功率管FDW 2520C构成的低功耗、小型化超辐射发光二极管(SLD)驱动电路。经实验验证:此电路在保证对光纤陀螺SLD光源高精度控制的条件下,电路效率明显得到提高,最高效率达94%,功放管的最大耗散功率减小了36.3%,经测试恒流精度为0.01%,光功率在-20~60℃范围内变化优于0.3%,从而实现了光源驱动电路的低功耗和小型化目标,成为一种实用、可靠的光源驱动电路方案。     

用于光纤陀螺温度补偿的传感器试验研究

分析了温度测量在光纤陀螺试验中的重要性以及传统温度测量方法的局限性,提出并设计了一种实时性好、精度高的温度传感器电路。对其工作原理、适用范围、主要元件的性能以及其在电路中的作用作了详细的分析,并阐述了该传感器电路用于光纤陀螺温度试验的优越性。经试验验证:该温度传感器电路具有良好的线性、重复性以及实时性,完全可用于光纤陀螺的温度补偿试验以及精密温度控制系统。     

轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元设计

针对油气井中井眼口径窄小、高温、高冲击等恶劣环境,采用双轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计作为核心传感器部件,实现了轻小型二位置光纤陀螺测斜仪惯性测量单元(IMU)。采用DSC(dsPIC30F6014A)+FPGA双CPU导航计算机方案完成导航计算和滤波算法以及IMU数据的采集、控制与传输等功能。重点介绍了系统工作原理,IMU、数据采集与接口电路和双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明:该样机达到了预期精度指标要求(井斜角精度优于±0.2°,方位角精度优于±2°,工具面精度优于±0.5°),系统的性能尺寸体积、重量等方面达到了井下测斜仪器设计要求。     

基于惯性/地磁组合技术的全自动陀螺经纬仪的研制

陀螺经纬仪寻北自动化的研究是目前国内的热点问题。以JT-15陀螺仪为样机,探索了实现陀螺经纬仪智能化及全自动化的关键技术。设计了陀螺经纬仪数字化测量子系统、电子罗盘自动初寻北子系统、陀螺灵敏部自动升降子系统和基于DSP及CPLD的控制子系统。各子系统通过总体软件系统控制,协调工作,实现了陀螺经纬仪寻北的全自动运行。在实验室环境下进行的寻北实验表明,仪器寻北测量时间为11 min时,寻北精度优于8″;测量时间为4 min时,寻北精度优于20″。该全自动寻北系统大大降低了机械陀螺寻北的操作难度,有效的提高了寻北效率,为我国机械陀螺寻北技术的提升做出了自己的贡献。     

基于陀螺仪与加速度计的二轮自平衡控制系统设计

为了实现二轮自平衡系统的稳定控制,提高系统姿态倾角的可靠性,提出了基于陀螺仪与加速度计的二轮自平衡系统控制方法.建立二轮自平衡系统的简易动力学模型,以Lyapunov方法对稳定性进行分析,得到系统稳定控制的条件,采用陀螺仪和加速度计采集姿态倾角数据,经融合滤波后得出高精度姿态倾角,最后控制二轮自平衡系统电机实现稳定运行.通过二轮自平衡控制系统的硬软件设计,成功验证了该方法的可行性.