光纤陀螺随机误差的滤波研究

光纤陀螺作为捷联式惯性导航系统主要元件应有足够高的精度，但仅从硬件方面提高光纤陀螺的精度会极大地增加光纤陀螺的成本，就工程角度而言是不经济的；因此，从软件方面提高光纤陀螺的精度便显得极其重要，本文采用最优线性滤波算法对某型光纤陀螺的静态测试数据进行处理。     

光纤陀螺随机漂移的补偿方法研究

在研究高精度光纤陀螺时,尤其是在捷联惯性导航系统中,随机误差是光纤陀螺误差中不可忽视的部分,对光纤陀螺随机误差的补偿就显得非常必要.这里基于对光纤陀螺随机漂移建模的方法,首先采用ARIMA方法时光纤陀螺仪随机漂移进行建模;然后采用强跟踪卡尔曼滤波器进行滤波补偿,并利用实测数据进行了实验验证.实验结果证明,这种方法能够较好地补偿光纤陀螺的随机漂移.     

干涉型光纤陀螺技术及其应用进展

光纤陀螺仪已成为惯性导航系统中最重要的新兴器件.本文对干涉型光纤陀螺的国内外进展国内现有水平和技术状况进行了分析探讨.最后介绍了光纤陀螺仪的发展方向.     

干涉型光纤陀螺技市及其应用进展

光纤陀螺仪已成为惯性导航系统中最重要的新兴器件。本文对干涉型光纤陀螺的国内外进展、国内现有水平和技术状况进行了分析探讨。最后介绍了光纤陀螺仪的发展方向。     

基于Visual C++的惯性导航数据采集系统

针对光纤陀螺惯性导航系统开发了一套基于VC平台的数据采集系统,包括串口通信、数据存储和实时显示3个主要功能模块.串口通信模块中利用Visual C++的MSComm控件实现了光纤陀螺惯性导航系统与PC机的串口通信;在数据存储和实时显示模块中实现了光纤陀螺惯性导航系统输出的加速度、角速度和姿态数据的自动存储与实时显示.该系统经过多次测试,性能稳定可靠,可用于工程实践中.     

光纤陀螺的角加速度误差分析与实验研究

角加速度误差是光纤陀螺的一项动态误差,该误差会引起光纤陀螺捷联惯导系统的姿态误差,制约捷联惯性导航系统在高动态应用条件下的精度。针对这种情况,在光纤陀螺闭环控制模型的基础上建立了闭环光纤陀螺的角加速度误差模型,并分析了影响角加速度误差的几项重要因素,包括控制回路总增益及控制周期等;随后给出了减小该误差的方法。基于等效输入原理,通过在反馈阶梯波上叠加斜坡信号,分别在不同条件下对闭环光纤陀螺的角加速度误差进行了测试实验。实验结果表明,不同角加速度和控制回路总增益条件下的角加速度误差测试值与理论计算值基本一致,验证了该误差模型的正确性。     

旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统

为了在现有惯性传感器水平的条件下提高捷联式惯性导航系统的性能,研制了旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统.该系统由惯性敏感单元、转动机构、高速导航计算机和I/O接口等组成,惯性敏感单元被安置在转动机构上,并作连续周期运动.对该旋转光纤陀螺捷联式惯性导航系统进行了室内转台和室外跑车试验,该系统俯仰角和横滚角误差小于0.1°,航向角误差小于0.4°,定位误差小于90 m/h.对惯性传感器作温度误差补偿工作,该导航系统的定位定向精度还将能进一步提高.     

光纤陀螺温变效应误差抑制方法研究

在干涉式光纤陀螺组成的捷联惯性导航系统中,光纤陀螺启动过程中温变效应导致的漂移项是导航误差的主要误差源,已成为限制高精度光纤陀螺系统性能进一步提升的关键因素。通过对光纤陀螺启动过程中温变效应的理论分析与建模,提出了一种基于查表补偿的光纤陀螺启动温变效应误差抑制法和误差评价法。实验结果表明,该抑制方法可使-40~+60 ℃环境下光纤陀螺漂移概率误差从0.02～0.50 (°)/h降至0.01 (°)/h以下,对应导航系统的导航圆概率误差从1.4~35 n mile/h降至0.8 n mile/h以下,有效抑制了光纤陀螺启动温变效应误差,提升了系统性能。     

一种能有效抑制偏振态波动噪声的环形腔光纤陀螺

介绍了环形腔光纤陀螺的基本原理及影响其零漂的各种噪声，报导了一种能有效抑制偏振态波动噪声的环形腔光纤陀螺。该陀螺的谐振腔环是由带有光诱导及又折射光栅的保偏光纤构成。通过分析计算，其最大零漂限制在10~(-7)rad／s（0.02deg／hr），理论上能满足空间惯性导航系统的要求。     

一种快速开关响应式多通道电荷放大器

精确制导武器(如制导炸弹、智能弹药等)技术对六轴加速度传感系统及由此构成的无陀螺捷联惯性导航系统的开关响应时间和体积有严格要求。对于压电式六轴加速度传感系统及其构成的无陀螺捷联惯性导航系统,其开关响应时间和体积直接决定于构成其信号调理系统的多通道电荷放大器。该文提出并定义了表征电荷放大器上电响应能力的开关响应特性的概念并给出了相应的测试方法。介绍了一种为提高开关响应特性和减小体积专门开发的多通道电荷放大器,实验测试结果表明,其具有良好的开关响应特性,可用于构成压电式六轴加速度传感系统/无陀螺捷联惯性导航系统的信号调理系统。     

基于光纤陀螺温度漂移误差补偿方法研究

惯性导航系统中光纤陀螺的漂移受温度变化影响显著,导致其在导航系统中的应用受到各种制约。该文提出了一种软件上的温度补偿法,建立基于光纤陀螺多参量联合多项式温度补偿模型,并设计相应的试验方法对陀螺仪的漂移进行了温度补偿。试验证明,提出的温度模型准确有效,可补偿因温度变化引起的光纤陀螺仪的漂移影响,达到提高系统的导航精度及温度适应性的目的。     

基于USB接口的激光陀螺惯导系统数据通讯

为了提高激光陀螺捷联惯性导航系统在强振动条件下的精度,需要将惯性仪表在振动环境下的输出数据高速采集并保存下来进行离线仿真。通过CY7C68013A芯片在导航计算机外围扩展高速的USB接口,实时采集惯导系统输出的各项性能指标数据,并将此类数据保存至外围PC机,实现了导航计算机和PC机之间的高速通讯。通过设立圆形缓冲区,解决了通讯过程中的丢帧问题。经过近千小时测试,所建采集数据装置可准确采集导航计算机数据并实时存储,结果表明该装置的可靠性与稳定性,为分析惯导系统测量精度奠定了基础。     

冗余旋转惯导系统两位置初始对准方法

冗余旋转惯导系统(Redundant Rotating Inertial Navigation System, RRINS)可以在传统旋转惯导系统的基础上,进一步提高系统的可靠性。针对该类系统高精度初始对准需求,以正四面体冗余旋转惯导系统为例,研究了两位置初始对准方法。首先以每3个陀螺仪和3个加速度计构成一种组合方式,建立每种组合下惯性器件的零偏与冗余配置相关的解析表达式,并设计RRINS两位置转停方案以估计对应惯性器件的零偏,但是在某些特殊的情况下需要增加观测位置;然后将每个惯性器件在不同组合下得到的结果取均值,并利用该均值对相应惯性器件的测量信息做补偿;最后基于补偿后的惯性器件输出进行RRINS的初始对准。数学仿真和实验验证结果表明,该方法在不同两位置方案下均可有效估计出惯性器件的零偏。仿真中陀螺仪的零偏估计误差在4%以内,加速度计的零偏估计误差基本在2%以内,且相比无零偏补偿的情况,初始对准精度提高10倍以上。实验中水平和方位向的初始对准精度都有提高,航向角对准误差最大减小100倍左右。同时,该方法还可以推广到其他配置方案的冗余旋转惯导系统中,对该类惯导系统初始对准精度的提高具有...     

Dynamic resonance characteristic analysis of fiber ring resonator

A resonator fiber optic gyro is a high accuracy inertial rotation sensor based on the Sagnac effect. Fiber ring resonator is the core-sensing element in the resonator fiber optic gyro. The dynamic response of the resonator has been studied, and the ringing phenomenon is observed when sweeping the laser frequency. The dynamic characteristics of the resonator, which are related with the frequency sweep rate, have a decisive effect on the dynamic performance of the gyro system. In order to further analyze and better design the gyro system, deep analysis of the dynamic resonance characteristics is in urgent need. This paper gives out the condition for the ringing phenomenon, and analyzes the parameters for the ringing and the dynamic resonance curve through simulation. It is concluded that increasing the sweep rate will lift the ringing and deteriorate the parameters of the resonance curve, and finally have negative effects on the performance of the gyro system.     

自适应Kalman滤波在光纤陀螺SINS/GNSS紧组合导航中的应用

为了提高光纤陀螺捷联惯性导航系统（SINS）和全球卫星导航系统（GNSS）的组合导航精度和系统稳定性,设计了基于伪距、伪距率的紧组合导航系统模型。针对光纤陀螺的白噪声特点,以及误差不稳定性导致无法精确建模,将残差引入误差方差阵的估计中,提出了一种改进的自适应卡尔曼滤波方法。采用改进的自适应卡尔曼滤波方法滤波得到导航参数的最优估计,然后对系统进行反馈补偿校正,抑制了滤波发散问题,提高了系统的稳定性。稳态测试试验结果表明:设计的光纤陀螺SINS/GNSS 紧组合导航系统具有较好的鲁棒性;在三颗卫星的条件下,系统能够在短期内保持较高的导航精度,验证紧组合导航的优越性。     

A rotating inertial navigation system with the rotating axis error compensation consisting of fiber optic gyros

An effective and flexible rotation and compensation scheme is designed to improve the accuracy of rotating inertial navigation system (RINS). The accuracy of single-axial RINS is limited by the errors on the rotating axis. A novel inertial measurement unit (IMU) scheme with error compensation for the rotating axis of fiber optic gyros (FOG) RINS is presented. In the scheme, two couples of inertial sensors with similar error characteristics are mounted oppositely on the rotating axes to compensate the sensors error. Without any change for the rotation cycle, this scheme improves the system’s precision and reliability, and also offers the redundancy for the system. The results of 36 h navigation simulation prove that the accuracy of the system is improved notably compared with normal strapdown INS, besides the heading accuracy is increased by 3 times compared with single-axial RINS, and the position accuracy is improved by 1 order of magnitude.     

三轴光纤陀螺光路系统的设计与研究

针对实际捷联系统中三轴干涉式光纤陀螺仪各轴之间的精度及稳定性不对称问题,提出将Loyt消偏器引入到三轴陀螺光路系统中,新光路结构使每轴陀螺均输入相同的极低偏振度自然光,保证了各轴陀螺的对称性.利用琼斯矩阵与干涉矩阵建立了该结构光纤陀螺的系统模型,并应用此模型对该陀螺的输出及零点偏移情况进行了仿真分析.结果表明,该光路在保持各轴光路高度对称的同时还提高了陀螺系统的精度与稳定性,并在一定程度上降低了对光源偏振度的要求.     

声表面波陀螺仪研究进展

高精度的惯性导航系统是水下航行器顺利完成水下作业的关键之一,陀螺仪作为一种重要的惯性敏感元件,是构成惯性导航系统的基础核心器件。基于声表面波陀螺效应的新型陀螺仪具有优良的抗振能力、良好的可靠性与稳定性等特点而引起人们的浓厚兴趣,在大冲击等恶劣环境具有良好的应用前景。本文对声表面波陀螺仪的研究进展进行回顾,特别介绍了一种设置金属点阵的陀螺效应增强模式SAW陀螺仪。该结构由在同一压电晶体上反向设置的两个SAW传感器件构成,在其叉指换能器中间分布有金属点阵。结合层状介质中声波传输特性的研究方法对压电晶体及金属点阵参数对传感器响应特性的影响进行建模分析,设计并实验研制了工作频率为30MHz、80MHz及95MHz的SAW陀螺仪。实验结果表明,该结构陀螺仪实现了良好的温度补偿特性,并通过在SAW传播路径上合理设置的金属点阵,大幅提升了传感器的检测灵敏度。      

捷联式重力无源导航系统

为了满足水下运载体长航时、高精度、低成本的导航需要,提出由激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统、计程仪、深度计、光纤陀螺捷联式重力仪和数字重力异常图组成的捷联式重力无源导航系统。运载体的位置由激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统给出;光纤陀螺捷联式重力仪、计程仪和深度计组成水下捷联式重力测量系统,以激光陀螺单轴旋转捷联惯性导航系统提供的位置信息、计程仪提供的速度信息和深度计提供的水深信息作为观测量,应用扩展卡尔曼滤波计算出东、北、天坐标系下加速度计比力值,使用低通滤波实时获得重力值和重力异常值。根据存贮在计算机中的数字重力异常图,运用相关极值法,计算得到运载体位置。2019年底,捷联式重力无源导航系统进行了长时间船载试验,对该系统试验数据进行了离线处理。试验结果表明,在匹配海域内,运载体位置误差小于1个重力异常图格网大小。