光纤陀螺寻北仪样机设计及系统测试

提出了一种基于光纤陀螺的动态寻北方案,运用光纤陀螺测量地球角速度的北向分量.通过对光纤陀螺输出的正弦信号的采样和处理,即可得到地球表面某参考点的方位.描述了光纤陀螺寻北仪的工作原理及系统样机组成,详细分析了转台台面倾斜误差对寻北精度的影响,采用加速度计对寻北精度进行补偿提高.采用多周期多位置采样技术,有效地抑制了光纤陀螺的测量噪声.测试结果表明,在3 min之内可获得5'的真北角精度.     

基于环形激光陀螺调制输出的寻北系统

利用环形激光陀螺对角速度输入量具有较高灵敏度的特点,提出了一种新型的激光陀螺寻北系统,将一环形激光陀螺垂直安3 水平的恒速转台上,使输入轴与台面平行,通过测量地球自转角速度的向向分量,实现寻北过程,通过与其对称放的加速度计可以测量出由于轴系安装和系统调平引起的台面倾斜误差,从而对激光陀螺的数据出量进行补偿,同时采用单周期多位置采集技术和多周期重复测量的方法,有效地抑制了激光陀螺的测量噪声,最大限度地减少了随机误差和系统误差的影响,提出了系统的寻北精度,适合多种领域的需要。     

基于动调陀螺的多位置寻北仪的转位误差分析

针对实验过程中转台在每个转位处存在的转位误差对系统寻北精度的影响,介绍了动调陀螺多位置寻北仪的工作过程及真北解算原理,进行了转位误差对寻北精度影响的误差分析。运用误差理论和偏导数原理,推导出转位误差与寻北误差二者之间的关系模型。理论分析及实验结果表明,在相同寻北位置数的情况下,转位误差越小寻北精度越高;同时在一定的转位误差时,寻北位置数越多则寻北精度越高。根据理论分析,提出了两种不同的误差补偿方法。     

自抗扰控制在捷联寻北仪速度稳定回路中应用

在捷联寻北仪工作过程中,摩擦非线性造成转台伺服系统低速不平稳性,导致陀螺输出漂移变大,影响寻北精度.为了提高伺服转台速度平稳性,设计了自抗扰控制器,实现转台的稳速控制,保证转台快速、平稳定位,以便减少陀螺漂移.仿真结果表明,与采用PID控制相比,速度稳定回路获得较好的动态性能,快速性、平稳性和抗干扰能力都得到提高;实验结果表明,动力调谐陀螺输出更加平稳,减小了陀螺输出的随机漂移,寻北误差从34.4″减小到27.7″,有效地提高了系统的寻北精度.     

基于平面矢量分析的转台调平方法研究

精密回转工作台的倾斜角度对角度测量、工件形貌测量的结果产生系统性误差。为消除该影响,提出一种基于平面矢量分析的转台调平方法。以三点支承转台结构为研究对象,通过对转台工作面倾斜矢量的测量与分析,建立平台的调平方程;通过自准直仪测量倾斜矢量可以计算得到支承柱的高度调整量,从而实现转台调平。实验结果表明：现有实验条件下,转台工作面倾斜角的测量标准差为0.6″,经过2次调平可使转台工作面倾斜角小于2.0″。该调平方法具有数学原理简单、调平精度高等特点,可为转台自动调平的实现提供新的途径和方法。     

基于非陀螺寻北的稳速控制研究及仿真

为了提高以加速度计发展起来的非陀螺寻北系统中转台的稳速精度,深入研究了高精度速度稳定控制中的锁相环路控制法在电机稳速控制中的应用,并指出变参数软件锁相环控制是一种获得高精度稳速控制的可行办法.针对锁相控制中稳速系统的技术要求,建立了系统的数学模型,并用SIMULINK对软件锁相环路控制法进行了频率阶跃响应仿真.从仿真结果看出,当10 MHz的载波信号产生100 kHz的频率阶跃干扰时,软件锁相环路控制系统在1.5×10-5s重新进入锁相同步状态,可以满足高精度快速非陀螺寻北稳速控制系统的要求.     

一种简化的无陀螺惯导系统安装误差校准方法

通常,实现对加速度计安装误差的有效校准方法是“先方向后位置”的“二步法”．为简化校准过程,提出了一种新的校准方法．该方法将加速度计安装方向和位置向量同时校准,分别节省了3次加速度计组合翻转,3次水平台调平．在计算机仿真中,经校准及补偿后的无陀螺惯导系统精度显著提高,仿真结果表明了该方法的有效性．     

实时中天寻北算法

中天法是机械陀螺仪精密寻北中最常用的测量方法之一，但是传统中天法测量一般需要1-1．5个以上中天周期才能得到测量结果，严重影响到测量速度．文中介绍了中天法寻北理论，并根据陀螺仪运动规律，提出了实时中天法寻北测量方法．该方法不需要等到光标穿过零刻线，在任意位置时即可以开始寻北测量，从而可以最大程度地避免陀螺下放后因光标远离零刻线而占用的测量时间．实验结果表明，该方法在保证寻北测量精度的同时，可以有效缩短寻北测量时间，达到了快速寻北的目的．     

基于MSP 430姿态测量系统的设计与实现

针对原有姿态测量系统陀螺仪存在累计漂移误差及加速度计容易受干扰的问题,本文设计并实现了一种应用于小型回旋翼飞行器的低成本测量系统,其基于梯度下降法融合系统中陀螺仪和加速度计的输出数据,补偿了四元数更新方程.同时,基于MSP 430实现了该姿态测量系统,实验结果表明梯度下降法能有效完成数据融合,提高姿态测量精度.     

基于AFM的靶丸表面轮廓仪设计及其测量精度分析

基于商用原子力显微镜（AFM）建立了靶丸表面轮廓测量仪系统，并对该系统的精密回转轴系进行了结构设计．为了评价系统的测量不确定度，进行了气浮轴系回转精度测试，确定了回转轴系的误差曲线，其最小二乘圆度误差为48 nm；同时对安装回转轴系后AFM的测量噪声进行了测试，并通过结构改进使静态噪声幅值降为约10nm．应用这一系统进行了靶丸表面圆周迹线的测量实验，实验测量出该系统运转测量时噪声幅值约13 nm，综合测量误差约49．7 nm，此测量精度可以通过回转轴系的误差分离来进一步提高．