用于日本H-Ⅱ运载器的环形激光陀螺捷联式惯性测量装置的研究

日本研制的 H-Ⅱ运载器采用环形激光陀螺和加速度计组成的捷联式惯性测量装置(IMU)。H-Ⅱ运载器将在1993年进行首次发射。目前,由日本宇宙开发事业团(NASDA)和日本航空电子工业有限公司(JAE)承担的该捷联式惯性测量装置的飞行模型样机正在研制。该装置工程模型(EM)的鉴定试验已于1989年5月成功地完成了。本文概要地介绍了惯性测量装置工程模型的设计和测试结果,同时还介绍了继在1985年西德陀螺会议录发表题目为《日本宇航应用环形激光陀螺的研究》一文后环形激光陀螺在空间应用时环境特性的改进评价试验结果。     

日本研制空间用的环形激光陀螺

自1978年以来,日本国家宇宙开发事业团,国家宇航实验室,以及日本航空电子工业公司一直在联合研制环形激光陀螺。本文就是介绍用于运载火箭的环形激光陀螺的研制历史和目前状况。此外,环形激光陀螺将用于预定1991财年发射的H-Ⅱ运载火箭的惯性测量装置(IMU)。目前正在进行工程样机的性能改进工作。     

半球谐振陀螺线振动试验分析

半球谐振陀螺是一种新型振动陀螺,加速度会对其造成影响。为了研究线加速度对半球谐振陀螺性能的影响,利用谐振子环形运动方程,推导了线加速度对半球谐振陀螺工作性能影响机理。设计线振动试验,通过小波分析试验数据,检验不同线加速度条件对半球谐振陀螺输出的影响规律,并通过对试验数据的方差分析,检验线加速度对半球谐振陀螺输出精度的影响。由理论推导和试验分析可知,线加速度对半球谐振陀螺输出影响较小,可以忽略。     

光纤陀螺和环形激光陀螺及其技术评定

本文介绍了两种光学陀螺的发展历史及其通用原理,又分别描述了激光陀螺、模拟光纤陀螺和数字光纤陀螺的具体工作过程、应用范围及消除漂移的具体方法。重点对两种光学陀螺进行了详细比较,分析指出,光纤陀螺在重量、装配条件、多种装配形式、加工精度、使用期限以及价格方面都优于环形激光陀螺。但总的来看,光纤陀螺还存在一些重大技术问题有待解决,该公司研制的光纤陀螺的漂移率为10°/h,可用在偏航的俯仰测量、姿态稳定等应用中。对性能要求在0.01°/h的惯导中,仍取代不了环形激光陀螺。从长远看,两者竞争的焦点是在价格方面。     

激光陀螺-GPS组合式导航系统

以霍尼韦尔公司的环形激光陀螺(RLG)为基础的惯性参考系统(IRS)和导航系统(LASERNAV)运行效果极佳,这两个系统特别适合运输机和商用飞机,因而被指定为机载标准设备。从标准定位局得知:GPS 可望1987年投入民用航空使用。因此,霍尼韦尔公司正针对空中运输和商业航空市场,准备筹建一条激光陀螺-GPS 组合式导航系统产品生产线。实际上,这种组合式导航系统是在完全保持GPS 和惯性参考系统各自功能的原则下,将它们组装在一个激光陀螺参考装置(LRU)内而成。本文将按航空电子设备的 ARINC700系列阐述这种组合式导航系统的组成部分及其系统结构。系统结构的基本特点是在保持原惯性参考系统完整性的同时,还能提供纯惯性、自主式 GPS 和受 GPS 约束的导航输出。本文介绍了GPS 接收机特点、框图和信息获取技术,导航滤波器算法(求解自主式 GPS 导航方程、GPS/惯性混合导航方程,以及惯性器件的校正数据)。还详细介绍了在 GPS自主工作模式中采用时钟校准和辅助高度控制技术,尽可能减少不良几何条件和卫星暗区的影响。文章对组合式导航系统中有关完整性监视系统的特殊结构以及美国航空管理局的鉴定情况也进行了讨论。     

环境耐用的光纤陀螺元件的研制与生产

对于光纤陀螺来说,高性能的波导光学元件是必不可少的。这里所说的元件指的是多功能集成光学芯片、光纤线圈以及保偏耦合器.最近,利顿制导与控制公司已投入大量人力对大批量生产低成本光纤陀螺的制作技术进行开发,介绍了元件的性能,叙述了光纤陀螺(FOG)元件的生产进展.     

光纤陀螺/硅加速度计惯性测量装置试验结果

根据天基反导弹合同(SDI 合同),采用光纤陀螺和小型微细加工的单晶硅加速度计两种新技术研制出一种轻重量的小型惯性测量装置(IMU)。本文介绍了这两种新型惯性仪表的工作原理。这两种仪表使 IMU 具有高灵敏度、宽频带、低噪声、轻重量和快速反应等特点,适合于 SDI、军用和商业等多方面的应用。采用三个微型光纤陀螺(FOG)和三个硅加速度计组成的一个可供飞行的 IMU试验模型已经研制成功。这个试验模型在实验室内进行了静态和动态试验,试验数据较好地满足了性能要求。本文预测了下阶段的工作:进一步小型化,并将其推广到导弹和飞机的罗盘/姿态与航向基准系统(AHRS)等多方面的应用。     

环形谐振腔式光纤陀螺的偏振耦合影响

探讨了在环形谐振腔式光纤陀螺中,在构成环形谐振腔的耦合器中产生偏振耦合的影响。首先从理论上和实验中证明了由于偏振耦合,环形谐振腔的谐振波形有很大变化。通过观测谐振波形发现,构成偏振耦合的原因是耦合器中2根光纤主轴间的倾角,该倾角可以用间接方法测量。明确了在光纤陀螺中使用这种有偏振耦合的环形谐振腔时,产生漂移的三种主要原因,并定量地证明了它们产生漂移的大小。另外还介绍了减少这些漂移的方法。     

再入系统激光陀螺IMU的安装方式比较

为获得激光陀螺在未来系统要求的精度、尺寸和环境等条件下运用,霍尼韦尔公司已做过验证试验。本文重点论述再入系统的一些技术问题,因为再入系统是目前急需的一项运用工程。全文介绍四个基本内容:飞行器中惯性测量装置(IMU)的定向,装置的轻小型化,激光陀螺的选择,以及IMU和处理器可能的组合方式。IMU定向是经过分析各种安装方案及其误差特性后选取的安装方式。激光陀螺的选择是在研究不同陀螺性能、尺寸和重量等所能达到系统精度的基础上进行的.IMU和处理器的组合方式是通过分析整个制导和控制系统的处理数据需要(飞行器中的处理存储单元)来确定的。系统方案研究结果表明,为满足性能、尺寸要求,需要一种新尺寸激光陀螺,用这种陀螺(GG1320)构成的新型再入制导和控制系统方能满足当前和未来再入系统的要求。     

高精度高稳定性新颖的小型激光陀螺

本文描述了一种小型、整块粘合的激光陀螺，它带有一个高稳定、高精密、整块粘合的激光楔形微型干涉仪。为了陀螺的高稳定性，楔形微型干涉仪用零膨胀材料制成；而在整块零膨胀材料的不同侧面上安装了环形激光球面镜及平面镜。这种激光陀螺结构简单、成本低，且易于批量制造。     

激光陀螺的发展及其应用前景

本文在简述激光陀螺发展状况以后,介绍了第一代激光陀螺,应用范围及其当前面临的问题。最后对激光陀螺在惯性领域里的发展前景提出了看法。     

德尔科公司制造了低成本的陀螺样机

德尔科电子公司今年9月试制了第一台半球型谐振陀螺样机,它证明了用振动石英熔融晶体半球制造低成本、固体捷联式陀螺仪作为旋转传感器的可能性。这种结构坚固、抗核辐射的陀螺仪是为了在高性能军事应用中取     

自适应式激光陀螺

许多采用激光陀螺的装置与系统，由于工作条件的缺陷改变了其参数，从而导致激光陀螺“零”漂的不稳定性、可重复性及输出特征的长期漂移。早期实现激光陀螺高稳定性的方法包括采用昂贵的高稳定性材料、装置及元件，其特征在工怍中没有变化。本文给出另一种提高激光陀螺稳定性的方法，即所说的自适应式激光陀螺。本文给出了具有微处理电路模块(MEB)的环形激光角速率敏感器的工作数学模型及计算机模拟结果。该激光的产生模型考虑了20多个参数的影响，如谐振腔、放大介质及有关激光输出特征的抖动等。用这种模拟结果设计的方法和装置，使激光陀螺输出特征的光波闭锁效应的静态范围降低10-20倍。文中考虑了微电路模块设计中采用的结构方案和软件算法，也给出了微处理电路模块与自适应式激光陀螺的温度测试数据。我们从理论和实验上认识到，自适应式激光陀螺的稳定性通过采用微处理电路模块，并在对初始信息、参数稳定性及环形激光角速率敏感器装置工怍控制分析的基础上，能得到实质上的提高。     

惯性测量组合中激光陀螺随机噪声分析

介绍了国外常用于评估环形激光陀螺和其它精密测量仪器性能的Allan方差法．讨论了环形激光陀螺的随机噪声特性，应用Auan方差法对激光陀螺输出数据进行了分析，分离出各项误差的系数，结果表明，Auan方差法是一种有效的误差特性分析方法。     

基于SOPC技术的无陀螺测量系统

根据无陀螺惯性测量原理, 提出了一种基于可编程片上系统(SOPC)技术的无陀螺弹载惯性测量系统的硬件解决方案,该系统采用十二加速度传感器配置方案,选用Altera高性能可编程逻辑阵列(FPGA)芯片,利用SOPC技术结合VHDL硬件描述语言,在芯片内部设计了专用的数据处理硬件系统,核心算法由高性能32位嵌入式Nios II处理器完成.试验表明这些方法能有效地提升系统性能, 使系统具有高可靠性、微小型化、降低功耗等优点,是一种比较理想的无陀螺弹载惯性导航测量系统的硬件解决方案.     

新型惯性系统中的关键元件——谐振陀螺

美国通用汽车公司的特拉科电子公司的工程师们根据英国物理学家于1890年首次发现的环形杯的旋转敏感特性,用了十多年的时间研究固态半球谐振陀螺(HRG)。现在,这一理论已用于捷联式惯性系统,这种惯性系统主要依赖于3个溶凝石英部件——杯形谐振子、发力器和位于底部的传感器。它们用铟焊料、金属化薄膜电极及导体连接在一起。当谐振子加上电压时,它会向上卷曲2.54μm,并产生传感器可以敏感到的小振幅波,波动与旋转角有关。     

史密斯3000系列微型动力调谐陀螺的制造和测试

叙述了动力调谐陀螺(DTG)3000系列的结构和研制情况。在该结构中,利用混合电子器件代替端板的分立元件,依靠陶瓷传感器片提供比较稳定的输出信号。重新设计了马达、力矩器和轴承,以适应新的参数。对DTG测试结果进行了讨论。之后对下列6个主要测试项目进行了审查:1)稳定运转,2)速率测试,3)热测试,4)频率响应,5)磁场,6)振动。对测试方法、数据分析和结果整理作了说明。为了使测试与传感器的应用密切相关,可以改变标准测试项目。     

激光陀螺惯性组合综合性能自动测试系统的设计与实现

介绍了激光陀螺惯性组合综合性能自动测试系统的总体设计方案,并分别说明硬件和软件的具体实现方法。该测试系统通过与被测激光陀螺惯性组合在电气上的直接连接,能够自动完成激光陀螺惯性组合的测试和标定工作,并自动分析、处理数据。     

光纤激光陀螺的研究动向

1.前言随着航空、航天技术的发展,作为操纵、控制飞行体不可缺少的姿态传感器也在日新月异的发展。尤其为了适应惯导和捷联技术的需要,各种小型、轻量、可靠性高、适应性好、成本低的姿态传感器受到特别的重视和广泛的研究。激光陀螺就是其中的一种,并已进入实用阶段。但是,由于现用的环形激光陀螺存在着闭锁效应等技术问     

激光陀螺温度误差补偿方法

零偏是衡量激光陀螺性能的一个重要指标,但其受温度影响很大,为了降低和补偿温度对激光陀螺零偏的影响,使其达到惯性级陀螺仪的精度要求,分析了温度对激光陀螺零偏误差的产生机理,在大量高低温环境试验的基础上,建立了一种通用的零偏温度补偿模型和一种BP神经网络模型,并给出了模型参数的辨识方法,仿真结果表明,对该模型作适当的简化,可以将零偏减小一个数量级以上,而且具有实时补偿性能.