振动轮式微机械陀螺仪数学模型及工作状况分析

介绍了振动轮式微机械陀螺仪的工作原理，给出了振动式微机械陀螺仪的结构示意图和工作原理图，利用刚体转动的欧拉动力学方程，通过严格的力学分析和严密的数学验算推导了振动轮式微机械陀螺仪的一个数学模型，并对数学模型进行了简化，得到了近似解，最后利用近似解分析了振动轮式微机械陀螺仪的基本工作规律。     

框架式硅微角振动陀螺仪的数学模型

详细介绍了框架式硅微角振动陀螺仪的工作原理,给出了框架式硅微角振动陀螺仪的工作原理图和结构示意图.利用刚体转动的欧拉动力学方程,经过严格的力学分析和严密的数学演算,推导了框架式硅微角振动陀螺仪工作时,陀螺仪的基座与外框架之间的夹角和内框架,外框架之间的夹角的关系的一个微分方程模型.     

内框驱动双框架式硅微角振动陀螺仪的微分方程模型

详细介绍了内框驱动双框架式硅微角振动陀螺仪的工作原理，给出了内框驱动双框架式硅微角振动陀螺仪的工作原理图和结构示意图。应用刚体转动的欧拉动力学方程，通过严格的力学分析和严密的数学验算，推导出内框驱动双框架式硅微角振动陀螺仪的基座与外框架之间的夹角θ和内框架与外框架之间的夹角φ的关系的一个微分方程模型。     

硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪工作的微分方程模型

详细介绍了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的工作原理，给出了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的结构示意图。应用牵连运动的加速度合成定理，通过严格的力学分析和严密的数学演算得到了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的活动质量的加速度表达式。并应用力学牛顿定律推导了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的一个微分方程数学模型，并对数学模型进行了求解，最后利用方程的解分析了硅微型梳状线振动驱动式陀螺仪的基本工作规律。     

共振隧穿微陀螺仪哥氏效应仿真及理论验证

介绍了微机械陀螺和共振隧穿效应器件的工作原理,提出了基于共振隧穿效应的微机械陀螺仪结构.利用ANSYS软件仿真分析了输入角速度、角加速度及驱动速度对哥氏效应的影响.对微陀螺仪的检测结构进行了理论建模,详细分析了输入角速度、哥氏力、检测梁正应力三者间的关系,并推导出检测梁正应力的理论计算关系式.经数据分析验证了计算结果与仿真结果是一致的,说明基于ANSYS软件的仿真分析方法是可行的,能够用于共振隧穿微陀螺仪的结构设计中.     

微机械振动陀螺仪的误差分析

介绍了微机械振动陀螺仪的结构特点及工作机理，建立了其力学模型，并在此基础上，对原理误差进行了定性的分析，得出了影响精度的主要干扰源，为误差的补偿指明了方向。     

高精度小型陀螺仪关键器件加工技术研究进展

主要介绍超流体陀螺仪、原子陀螺仪和微半球陀螺仪3种陀螺仪关键器件的结构特点、质量技术指标和制备技术要求,阐述高精度微小型陀螺仪核心器件的制备技术研究进展;详细综述普遍采用的MEMS加工技术及微纳加工技术等制造工艺;对比分析各关键器件的制备工艺,重点阐述各相关工艺存在的优势和局限性;分析微谐振器各制备工艺中模具加工技术的工艺特点及其对微谐振器制备质量的影响;探讨各关键器件的制备方法研究进展以及存在的问题与挑战,以期为后续微纳制造技术与陀螺仪技术的结合提供参考,并进一步推动相关制备技术的实际工程应用.     

介观压阻效应微陀螺仪的制造问题及改进方法

将利用多势垒纳米膜介观压阻效应的高灵敏度器件应用在陀螺中,提出了介观压阻效应微陀螺仪结构,并论述了其工作原理.研究并开发了多势垒纳米膜及介观压阻效应微陀螺仪的制造工艺,通过对制造后的结构进行测试,发现了制造过程中的缺陷,包括敏感结构多势垒纳米膜制造缺陷、陀螺检测梁和驱动梁制造缺陷、检测信号电磁干扰缺陷和封装缺陷等.分析论述了形成缺陷的原因,提出了克服这些问题的工艺方法,从而改进了隧穿微机械陀螺仪的制造工艺,有利于提高微陀螺的制造成品率.     

硅微机械陀螺信号非线性补偿算法的研究

由于无驱动结构硅微机械陀螺的特殊性,其输出信号受自转频率的影响很大,为非线性的,这种动态特性使陀螺无法实用化,因此提出了一种适合该陀螺信号非线性补偿的新算法,通过补偿理论分析,软件程序编写和调试,硬件电路的构建,实际测试的陀螺仪输出信号和补偿后陀螺仪输出信号的对比,论证了该非线性补偿算法的可行性,并且由实际数据验证了该算法的补偿误差较小,精确性很高。证实该算法可以消除由载体自转引起的陀螺信号的误差,最终使陀螺仪输出信号的幅值只与输入角速度之间呈线性关系,稳定性得到增强。从而完善了硅微机械陀螺信号处理系统,使陀螺实用化。     

JC—1型角速度角加速度检测处理系统的研制

本文着重阐述了以角速度陀螺仪的单片微处理为核心而研制的关于角速度角加速度检测处理系统的组成及其功能，并介绍了传感元件角速度陀螺仪的结构及工作原理。     

静电陀螺找北仪误差分析

根据静电陀螺仪动量矩在惯性空间具有固定方位的特点，本文应用天文导航算法来计算静电陀螺找北仪的方位角，并对影响找北仪方位角估计精度的误差因素进行了分析．     

动力调谐陀螺仪微弹性零件刚度系数的测量方法

微弹性零件刚度系数的精确测量是动力调谐陀螺仪研制中的关键环节。文章对传统微弹性零件刚度系数的测量方法进行了回顾。根据测量原理进行分类,对近年来发展的该类零件刚度系数测量的静态测量法和动态测量法进行了介绍,指出适用性、便捷性、高精度、自动化是微弹性零件刚度系数测量的发展方向。     

Reduction of nonreciprocal errors in a differential interferometric fiber optical gyroscope using optically differential processing

The bias stability of differential interferometric fiber optical gyroscope is analyzed.Thermal error causing long-term bias drift are reduced by putting the 90°splice in the middle of the fiber coil and applying a wide spectrum light source.Also,a kind of novel optical differential processing,which is much more precise than the electronic differential processing,is proposed for reducing the residual nonreciprocal error in the final differential output.An experimental setup based on optical differential processing was built.An~100 fold reduction in the long-term bias drift is demonstrated experimentally compared with the primary differential interferometric fiber optical gyroscope.     

A Combined Alignment Method for Strapdown Inertial Navigation System on Stationary Base

一种捷联式惯性导航系统静基座组合对准方法

陈帅¹, Xinzhi Liu², 孙骞³,张亚⁴

（1. 辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院,辽宁 抚顺 131001;

2. 滑铁卢大学 应用数学系,滑铁卢N2L3G1,加拿大;

3. 哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院,哈尔滨 150001;

4. 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院,哈尔滨 150001）

摘要：

由于方位角失准角的可观测性弱,对准时间和对准精度一直是捷联惯导系统初始对准过程中相互矛盾的问题,因此需要对二者进行折衷处理。本文提出一种组合对准机制,建立了一个可观测可控的系统模型,可以有效地在固定时间段内实现较高的方位对准精度。首先,降阶卡尔曼滤波对准算法与经典的陀螺罗经对准算法同时计算出失准角。在此基础上,利用陀螺罗经对准方法计算出的失准角建立了零速模型的增广量测模型。最后,当陀螺罗经对准方法的方位失准角接近稳定状态时,降阶卡尔曼滤波对准方法的零速度模型切换为增广量测模型。通过可观测性和数学推导,对组合对准法进行合理的分析。数值仿真与实验数据测试的对比结果表明,该方法在对准结果的估计精度和一致性方面具有良好性能。

关键词：惯性导航,仪器和测量,陀螺仪,加速度计,卡尔曼滤波器,量测误差

     

An iterative calibration method for nonlinear coefficients of marine triaxial accelerometers

Single-axis rotation technique is often used in the marine laser inertial navigation system so as to modulate the constant biases of non-axial gyroscopes and accelerometers to attain better navigation performance. However, two significant accelerometer nonlinear errors need to be attacked to improve the modulation effect. Firstly, the asymmetry scale factor inaccuracy enlarges the errors of frequent zero-cross oscillating specific force measured by non-axial accelerometers. Secondly, the traditional linear model of accelerometers can hardly measure the continued or intermittent acceleration accurately. These two nonlinear errors degrade the high-precision specific force measurement and the calibration of nonlinear coefficients because triaxial accelerometers is urgent for the marine navigation. Based on the digital signal sampling property, the square coefficients and cross-coupling coefficients of accelerometers are considered. Meanwhile, the asymmetry scale factors are considered in the I-F conversion unit. Thus, a nonlinear model of specific force measurement is established compared to the linear model. Based on the three-axis turntable, the triaxial gyroscopes are utilized to measure the specific force observation for triaxial accelerometers. Considering the nonlinear combination, the standard calibration parameters and asymmetry factors are separately estimated by a two-step iterative identification procedure. Besides, an efficient specific force calculation model is approximately derived to reduce the real-time computation cost. Simulation results illustrate the sufficient estimation accuracy of nonlinear coefficients. The experiments demonstrate that the nonlinear model shows much higher accuracy than the linear model in both the gravimetry and sway navigation validations.     

MEMS陀螺随机误差补偿在提高姿态参照系统精度中的应用

为提高航姿系统姿态角测量精度,论文对MEMS陀螺随机误差的测试和补偿进行了研究。运用Allan方差方法分析了MEMS陀螺各项随机误差的特性,建立了针对MEMS陀螺的随机误差补偿模型。采用Allan方差辨识算法完成对各项随机误差的分离,获取速率随机游走(RRW)和角度随机游走(ARW)噪声方差值。通过设计的卡尔曼滤波器对MEMS陀螺随机误差进行实时估计补偿,利用姿态解算算法得到随机误差补偿前和补偿后各3个方向的姿态角。实验结果表明经误差补偿后系统的静态偏航角测量精度提高了3倍、横滚角提高了4倍、俯仰角提高了12倍。     

应用变速控制力矩陀螺的航天器姿态自适应控制

为提高敏捷挠性航天器在轨连续机动的快速性和高稳定性,应用变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyroscopes, VSCMGs)作为姿态控制执行机构,提出了一种将观测器与自适应控制结合的姿态控制律与VSCMGs复合操纵律。考虑到机动过程中挠性模态及精确惯量不可知,采用模态观测器和转动惯量估计器对不可测的状态或参数进行辨识,辨识结果用于精确估计前馈补偿力矩,利用Lyapunov分析方法证明了闭环控制系统的稳定性。鉴于VSCMGs实际使用的力矩分配能力、避奇异能力、轮速平衡能力与末态框架角定位能力,分别设计了加权伪逆操纵律与3种对应的零运动。基于雅可比矩阵条件数提出了末态框架角的优选方法,给出了VSCMGs零运动在机动过程不同阶段的部署方案。结果表明：通过连续姿态机动数值仿真验证了所提算法的有效性;VSCMGs在连续机动过程中平滑切换模式,在不同的机动阶段实现了相应功能。模态观测值和惯量估计值在多次机动后收敛至真值附近,经过参数辨识后的控制器使航天器在机动末端更快更稳地达到指向精度要求。     

浅析Lorenz方程

考虑处于重力场中,并且底部温度高于顶部温度的流层中的对流问题,是由Navier-Stokes方程与热传导方程来描述,忽略方程中的次要因素,考虑其中的速度场和温度场,利用傅立叶级数展开的收敛性质,对Navier-Stokes方程与热传导方程中的变量进行二维傅立叶展开,对展开后的方程进行复杂的计算,得到Lorenz方程,并且对得到的方程进行了数值模拟。     

几类广义Pexider方程的解

讨论了Pexider可加函数方程、Pexider指数函数方程、Pexider对数函数方程、Pexider幂函数方程的一般形式,给出了这些方程的通解.