微惯性测量单元研究

微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit, MIMU)具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高等特点,在车辆/舰船稳定控制平台、导航控制系统、小型弹类武器制导系统中具有广阔的市场应用前景。陀螺仪及微机械加速度计是MIMU的主要元件,MIMU作为惯性制导系统的核心元件,其体积和性能不但直接影响惯性系统的精度,还决定了它在惯性制导系统的应用范围。主要介绍了基于三轴MEMS陀螺及三轴MEMS加速度计的小体积低成本微惯性测量单元的研究,通过对敏感器件的误差补偿和信号降噪等措施来提高MIMU系统指标精度,使其适用于较高要求的应用领域。     

船载稳定水平平台系统

本文提出了基于8051兼容单片机和各种微机电惯性传感器的船载稳定水平平台系统,并提出了整体设计方案,最终对整个系统进行了实现.本系统主要用于船载卫星跟踪天线的底座,以保持天线始终处于水平状态.系统采用了8051兼容单片机AT89S52单片机作为核心控制部件,利用惯导系统的原理,一方面频繁读取外部陀螺感器的结果,对平台进行实时控制.另一方面,定时(较长时间)读取一次倾角传感器的值,通过计算后,对稳定平台进行校正.平台的实际运动由单片机控制外部机械装置以达到对稳定水平平台进行修正,以保证其始终处于水平状态.该方法具有实现简单、成本低、精度高等优点.最后通过作为卫星跟踪天线底座,在某商船上进行了实验,基本达到所期望的结果.     

小直径光纤陀螺测斜系统井下电路设计

给出了一种基于嵌入式系统的小直径测斜系统井下电路系统解决方案,该方案以A RM 为处理核心,实现对光纤陀螺和加速度计组成的惯性组件的信号采集,并对采集到的数据进行解算,井下电路系统与地面系统采用曼彻斯特码半双工方式通信,通过A RM用软件编程的方式实现对数据的编码及解码运算,实现与地面的远程通信。实际测试表明,此系统能够稳定、可靠的采集惯性组件的信号并与地面系统正常通信,并且系统具有尺寸小、耐高温、功耗低的特点。     

基于模型预测前馈的滚转稳定伺服系统控制研究

速率陀螺式滚转稳定平台是一种应用于旋转载体中的惯性稳定装置,不仅要求有较高的位置控制精度,为满足陀螺测量范围,还要求很高的速度控制精度。通过对稳定平台的分析,详细推导了系统的传递函数模型,在PID反馈控制的基础上,设计了由模型预测控制单元组成前馈环节的预测前馈复合控制器。实验结果表明在载体滚转速度快速上升以及大速度稳定滚转情况下,模型预测前馈控制大大提高了稳定平台的控制精度。     

稳定平台系统设计与控制

主要针对一个单轴稳定平台控制系统进行研究、设计以及实现.稳定平台控制系统通过微机械陀螺实时采样,并对信息进行分析处理,输出控制信号到电机,使电机达到对平台姿态进行补偿的目的,使平台相对惯性空间保持方位不变.主要分析了系统工作原理和控制方法,对稳定平台硬件和软件进行了设计,并用MATLAB进行了控制算法仿真,选择PID方法进行了校正.     

基于TMS320F2812的运动控制系统应用

无论是机载还是星载合成孔径雷达在成像过程中要求天线波束稳定而精确地指向测绘带,但是在运动过程中,其飞行姿态和航向受大气扰动的影响而产生变化,表现为偏流角、横滚角和俯仰角的随机变化,不能满足雷达天线稳定要求.因此,必须对角运动造成的误差进行补偿,才能获得较高分辨率的图像.本文以DSP芯片TMS320F2812为核心设计数字化运动控制系统,使控制平台相对于飞机姿态变化作反方向的运动,从而使雷达天线指向测绘带区域,可以获得较高分辨率的图像.通过实验分析,此设计能够满足系统要求,控制性能好.     

两轴稳定平台控制系统设计

本文介绍了一种应用在飞艇底部的两轴稳定平台,设计了该平台的控制系统。以单片机作为控制器,采集飞艇姿态数据,运行稳定控制程序,控制电机旋转。实验结果表明,该控制系统能够有效隔离载体的扰动,使平台上的天线保持视轴指向稳定。     

基于简化干扰观测器的光电平台稳定与评估

单纯采用经典的比例积分（proportion integration,PI）校正难以进一步提高航空光电平台惯性稳定性能。本文分析了影响稳定精度的主要因素,设计了基于简化干扰观测器（disturbance observer,DOB）的航空光电平台稳定控制算法。该方法由DOB和PI控制器构成,其中DOB 采用陀螺反馈,利用等效变换实现,无需求取被控系统的逆模型。此外,本文提出一种基于隔离度测试的航空光电平台稳定性能评价方法。在实际系统中进行了惯性稳定实验,采用所提出的稳定控制方法获得了10 μrad（RMS）的稳定精度,并且采用新方法的隔离度测试结果在30 Hz频带内的姿态扰动下较传统PI控制均有显著的提高。     

基于虚拟仪器技术的陀螺自动化测试系统

文章介绍了一种基于虚拟仪器技术的陀螺自动化测试系统的设计与实现.陀螺仪是惯性平台系统的敏感测量元件,在交付使用前需要进行标定测试,以确保陀螺仪表的合格和惯性平台系统的性能.本文介绍了陀螺自动化测试系统的硬件设计与软件编程实现,它采用虚拟仪器技术和LabVIEW编程,能同时测量八块陀螺仪,完成陀螺仪的各种试验和性能标定测试,如悬浮温度选定、六位置试验、12点翻滚试验、极轴翻滚试验、固定位置随机漂移、稳定性测试、阻尼系数测定、最大工作角度测定、定位块标定等,测试数据自动存入数据库自动管理.文章还介绍了陀螺自动化测试系统实现的关键技术,包括微小信号测量技术,系统抗干扰和可靠性设计技术以及多信号快速循环检测技术.     

两轴光纤陀螺连续测斜仪姿态解算方法研究

针对小直径光纤陀螺连续测斜仪的应用需求,提出了一种基于改进航向姿态参考系统的连续测斜姿态解算方法。该算法融合航空惯性导航模型和石油测井工程参数,采用2个单自由度光纤陀螺和3个加速度计组成惯性测量单元（IMU）,由惯性单元输出数据经该算法计算出动态连续测井的实时姿态角。通过仿真研究表明：该算法解算出的实时姿态角的误差均在1°以内,符合石油测井的技术需求。该算法的优势在于,在实现连续测量功能的同时相对普通惯性测量单元减少了一个光纤陀螺,从而减小了测斜仪的体积、重量,降低了成本。     

激光陀螺惯性导航系统在线快速诊断技术

国内目前对于惯性导航系统的故障诊断技术的研究主要停留在理论阶段,研制了一套激光陀螺惯性导航系统在线快速诊断装置工程样机.该样机主要包括硬件和软件两部分,硬件为一个激光陀螺惯性导航系统在线快速诊断装置,软件部分实现了串口读写、数据采集、信号处理、故障诊断等功能,样机能够对激光陀螺惯导系统进行在线检测、诊断和故障判别.该装置的研制对提高激光陀螺惯导系统的使用效率、缩短维修维护周期具有重要意义.对激光陀螺惯导系统在线测试的试验结果表明该装置具有很好的故障检测性能,能够及时发现激光陀螺惯导系统存在的故障并作出预警.     

高精度惯导系统信号处理平台的设计与实现

针对中高精度惯性导航系统中,陀螺仪和加速度计输出信号精度高、随机漂移小、动态范围大等特点,设计并实现了1种基于TI公司TMS320C6713B型DSP和Spartan-ⅡE系列XC2S50E型FPGA的高精度惯导系统信号处理平台.在简要介绍平台总体设计的基础上,重点探讨了A/D采集模块的硬件电路以及时序逻辑设计,关键硬...     

MEMS惯性传感器的三轴转台实验研究

MEMS惯性传感器在导航等应用中要建立准确的输出模型,为此需要对传感器进行性能参数测试。介绍搭建的SGT320E三轴转台惯性传感器实验平台;对MEMS惯性传感器ADIS16300内置的单轴陀螺仪进行两位置静态试验和速率传递动态试验,对三轴加速度计进行六位置测试。采用MATLAB对三轴转台和ADIS16300进行数据读取、实时绘图和数据处理。所测得参数与数据手册对照基本一致,表明该传感器各项性能良好,根据测试结果对陀螺仪及加速度计分别建立简单的误差模型。     

光放大技术应用于长距离电力通信传输网

相对于传统长距离光纤传输系统中的中继器，光放大器是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件，是光纤通信发展史上的一个重要里程碑。文章分别介绍了目前长距离光传输网中应用的各类光放大器，通过案例详细讨论了带掺铒(EDFA)的喇曼光纤放大技术在实际线路中的应用，能有效改善线路光信噪比(OSNR)，适用于G、652、G．655等光纤，能很好的提升系统传输性能。     

A new MEMS gyroscope drift suppression method for the low‐cost untwisting spin platform

The microelectromechanical system (MEMS ) gyroscope provides a new method to design a low‐cost untwisting spin platform to be used in a single‐axis, stable strap‐down inertial navigation system. However, the MEMS gyroscope's drift reduces the effectiveness of the closed‐loop feedback control. Thus, a new method of drift suppression is proposed in this paper based on phase space reconstruction in order to improve the platform's performance. The feasibility of the MEMS gyroscope's drift suppression is analyzed using linear decomposition based on phase space. The system drift is estimated by phase space reconstruction. The optimal embedding dimension is found through a grid search. The number of dimensions for dimension reduction analysis is selected according to the minimum eigenvalue. The mapping from the high‐dimensional phase space onto the low‐dimensional phase space is obtained by minimizing the variance. A Kalman filter is used to compensate the residual sequence further. The proposed method is applied to an untwisting spin platform based on the MEMS gyroscope L3G4200D . The experimental results show that it can reduce the platform drift rate effectively.     

变维数滤波器在捷联惯导系统级标定中的应用

系统级标定技术具有不依赖转台精度、对减振器形变不敏感等优点,现已广泛应用于中、高精度捷联惯导系统的自标定当中。系统级标定一般以导航模式下的速度误差或速度误差的微分作为量测量,结合卡尔曼滤波技术能够实现系统误差参数计算的自动化。基于速度量测的系统级标定算法,其陀螺仪零位的估计精度受限于标定过程中加速度计零位的稳定性。提出一种角速度量测的变维数卡尔曼滤波器实现方法,仅通过改变滤波参数的设置就能够实现对陀螺仪零位的准确估计,无需额外的陀螺仪零位测试试验。最后,多组重复标定试验标定,改进的标定方案其陀螺零位的估计精度要高于传统方法。跑车试验也证明了算法的有效性。     

小波变换法在姿态解算中的应用

在惯性导航系统中,为提高陀螺仪的姿态测量精度,抑制低频噪声的影响,提出采用小波变换法融合陀螺仪、加速度计数据解算姿态角。首先将陀螺仪采集的数据进行2层小波分解,剔除低频分量和不稳定的信号,并和高频分量重构,得到滤波后的陀螺仪数据。然后利用加速度计采集的数据解算姿态角,用来不断迭代初始四元数,由初始四元数求出重力向量,再由重力向量叉积求出误差,并作PID控制来修正陀螺仪的角度。最后把修正和滤波后的陀螺仪数据用龙格库塔法计算新的四元数,用该四元数进行负增益调节,最终解算出精确的姿态角。仿真结果表明,解算姿态角的精度提高了80%,可以有效地抑制低频噪声,更加精确地计算姿态角,从而进一步提高导航系统的定位精度。     

卫星天线指向机构控制系统的设计与实现

卫星天线指向机构是通讯卫星和中继卫星等航天器的关键部件之一.为了达到卫星天线指向机构的高精度大力矩控制,设计了一种基于DSPC31+ FPGA数字控制器的控制系统实现方案.该系统以分离器件搭建的轴角解码系统获取旋转变压器的位置信号,并采用矢量控制的方法驱动永磁同步电机.实验结果表明,本控制系统最大输出力矩可达到50 Nm.在带50 kgm2转动惯量的模拟负载时,定位误差小于±28″且运动过程平稳,实现了指向机构高精度大力矩控制,对于卫星综合性能的提高具有重要的意义与应用价值.     

基于LabVIEW的组合导航显示控制系统

设计了一种基于LabVIEW的惯性/GPS组合导航的显示控制系统.该系统接收、显示和存储由下位机采集的工作状态、导航结果和陀螺加速度计原始输出等数据,实时处理接收到的数据,返回命令控制实验流程,满足实验实时状态监控和后期数据分析处理的需要;并且设计命令格式,根据实验需要发送命令控制实验流程和在线参数调试,提高系统开发效率.实验结果表明,该系统极大地方便了实验结果实时观测、状态监测、实时调试和后期实验数据分析处理的需求,提高了工作效率.