半周期中天法在初寻北中的应用研究

目前陀螺初寻北大多还是采用逆转点法,影响寻北速度且难以实现仪器自动化.由陀螺仪寻北中天法的基本原理出发,提出了一种固定照准部的初寻北半周期中天法.设计了如下初寻北方案:利用粗寻北传感器进入相对真北±1°的范围,再用半周期中天法进行初寻北测量.实验表明,半周期中天法应用于JT-15陀螺仪的初寻北精度可以达到±8′,而且初寻北效率提高了一倍.     

积分法在智能陀螺寻北系统中的应用研究

寻北方法是陀螺寻北仪的重要研究对象。在分析智能陀螺寻北系统的光路及采集系统基础上,对积分法进行了深入的理论分析,并讨论了其在智能寻北系统中的应用研究。利用JT—15型陀螺寻北仪,分别用中天法和积分法进行了寻北测量的对比实验,中天法测量的标准偏差不超过11,″积分法测量的标准偏差不超过9″。实验结果表明:积分法可以得到比中天法高的测量精度,在全自动智能寻北系统中可替代中天法进行寻北测量。     

1/4周期积分法的陀螺智能寻北

现代寻北测量中对于陀螺经纬仪的寻北精度、速度及仪器自动化程度的要求越来越高.通过研究陀螺仪寻北的理论公式及陀螺仪寻北的积分测量方法,提出了在四分之一周期测量时间内计算真北值的1/4周期积分测量方法.实验表明,在保证陀螺寻北周期精度的前提下,仪器寻北精度可以达到20″.一次寻北时间由8 min多缩减为3 min以内,大大缩短了精寻北的测量时间.说明了1/4周期测量方法是提高寻北效率的有效途径.     

基于FFT的陀螺寻北仪误差补偿

传统提高陀螺寻北仪精度的方法主要是选用高精度陀螺、提高转位精度、增加转位数、通过数字滤波消除外界干扰等,这些方法大多针对寻北仪的某方面误差因素进行改进,而对寻北仪整体的误差特性研究较少。通过对陀螺寻北仪综合误差特性的分析,提出了基于快速傅立叶变换(FFT)的寻北仪误差补偿方法。该方法首先测量出寻北仪的整周误差,然后通过求取FFT系数完成对寻北仪的系统级误差补偿,该方法尤其对寻北仪制造过程中的结构误差和测量元件的常值漂移残差具有良好的补偿效果。经产品验证可以在保持现有陀螺和转位精度不变的情况下,提高寻北精度3倍以上,具有良好的工程实用价值。     

基于惯性/地磁组合技术的全自动陀螺经纬仪的研制

陀螺经纬仪寻北自动化的研究是目前国内的热点问题。以JT-15陀螺仪为样机,探索了实现陀螺经纬仪智能化及全自动化的关键技术。设计了陀螺经纬仪数字化测量子系统、电子罗盘自动初寻北子系统、陀螺灵敏部自动升降子系统和基于DSP及CPLD的控制子系统。各子系统通过总体软件系统控制,协调工作,实现了陀螺经纬仪寻北的全自动运行。在实验室环境下进行的寻北实验表明,仪器寻北测量时间为11 min时,寻北精度优于8″;测量时间为4 min时,寻北精度优于20″。该全自动寻北系统大大降低了机械陀螺寻北的操作难度,有效的提高了寻北效率,为我国机械陀螺寻北技术的提升做出了自己的贡献。     

陀螺经纬仪全自动化关键技术的研究

基于传统悬挂式机械转子陀螺仪,探索了实现陀螺经纬仪全自动化与智能化的关键技术.设计了陀螺经纬仪数字化采集子系统、电子罗盘自动粗寻北子系统、陀螺灵敏部自动升降子系统以及基于MSP430与CPLD的智能控制系统.各子系统通过总控制系统协调工作,实现了陀螺经纬仪寻北的全自动运行.大量寻北实验表明:该系统有效可靠,陀螺运行平稳,重复测量精度达到了8"以内.该寻北系统大大降低了陀螺仪寻北的操作难度,有效地提高了寻北效率和测量精度,为实现陀螺经纬仪全自动化和智能化奠定了基础.     

单激光陀螺罗盘寻北误差建模及滤波技术

传统吊带式陀螺罗盘系统短时间快速寻北精度较低,对环境的适应能力差.为提高陀螺罗盘寻北性能,提出使用单激光陀螺作为测量元件的二位置罗盘寻北方案.考虑到激光陀螺输出数据特性以及陀螺罗盘系统应用条件,通过对激光陀螺误差源进行分析,确定针对陀螺输出数据使用惯性环节滤波和滑动平均的组合滤波方法.以低精度激光陀螺实验数据进行仿真计算.滤波前后信号对比明显,说明滤波方法对噪声信号抑制效果明显;寻北结果达到4'的精度且收敛速度较快,证明了方案的可行性.     

基于光纤陀螺的单周快速动态寻北算法研究

以单个单轴光纤陀螺为主要惯性测量器件,提出了一种新的基于单周期逐点最小二乘拟合的快速动态寻北方案。该方法先利用连续恒速的机械旋转将光纤陀螺的输出信号调制成一定频率的余弦调幅波;然后,通过恰当的数字滤波处理较好地抑制了随机漂移和各种高频干扰对测量精度的影响,最后,通过整周期逐点最小二乘拟合显著地降低了低频干扰的影响,提高了寻北精度;并在此基础上进行了实验室实际测试和误差分析。实验结果表明:选用精度0.8°/h的光纤陀螺和该寻北算法,在12′内便可实现10个角分的较高解算精度,操作简单,稳定性好。     

光纤陀螺动态寻北转位控制系统设计

针对光纤陀螺动态寻北仪实际应用中存在的转位误差以及高频测量噪声问题,对寻北仪转位机构引入低通滤波和反馈回路,设计出了一种新的转位控制系统,有效地减小了由于光纤陀螺和转位机构的误差带来的系统误差,从而提高了动态寻北仪的寻北精度;实验结果表明,相同条件下该控制系统能有效缩短寻北时间,提高定位精度至4″,具有较好工程实用前景。     

煤矿井下开孔定向仪寻北系统误差分析及补偿

针对现有钻机开孔定位装备在测量精度、成本及操作性上不能满足实际需求的问题,设计了一种将基于单轴光纤陀螺的寻北系统与基于微惯性测量单元的跟踪系统相结合的新型钻孔开孔定向仪。以四位置寻北方法为例,介绍了寻北系统的基本原理,并从光纤陀螺的输出误差、安装误差、倾斜角误差、转位误差、地球物理量误差等方面介绍了寻北系统的各种误差及来源。针对安装误差和倾斜角误差,建立了非线性加速度误差补偿模型;针对光纤陀螺的随机漂移误差,采用卡尔曼滤波方法进行修正。实验结果表明,减小倾斜角、光纤陀螺随机漂移误差、转动机构转位误差、安装误差均可有效提高开孔定向仪寻北精度,满足煤矿井下钻探需求。     

复合寻北在全自动陀螺经纬仪系统中的应用

介绍了当前国产陀螺寻北仪的缺陷,阐述了基于电荷耦合器件(CCD)与微处理器技术在陀螺仪寻北的光学系统结构和工作原理,给出了复合式方法与微处理器在寻北仪的定向计算公式及其数学模型,通过试验证明其有效性。说明了该系统可以缩短测量时间、简化操作,并部分提高了陀螺经纬仪的寻北精度,标准差可控制在10″以内。     

陀螺经纬仪自动粗寻北系统的设计研究

提出了一种利用电子罗盘实现陀螺经纬仪粗寻北自动化方案。通过分析电子罗盘的原理和影响其精度的因素,对电子罗盘进行了校准。设计了基于DSP的控制电路,根据电子罗盘的输出驱动系统指向粗北方向。实验结果表明：电子罗盘粗寻北系统的精度在±30’以内,完全满足使用要求,粗寻北时间由10-15min减少到1-2min。     

全自动陀螺经纬仪中粗寻北系统设计

寻北过程自动化是陀螺经纬仪发展的必然趋势,设计了一种以MSP430单片机和电子罗盘为核心的自动粗寻北系统,明显地提高粗寻北速度及精度;单片机通过异步串口实时采集电子罗盘与真北方向角度偏差,控制精密转台旋转,直到仪器处于真北方位±30分以内为止;实验结果表明,系统寻北精度控制在预定范围以内,粗寻北时间也由传统的跟踪逆转点法所需的10分钟左右减少到现在的1分钟以下,为最终全自动寻北节省了时间。     

基于光纤陀螺的二位置快速寻北系统设计

基于光纤陀螺的二位置寻北系统采用捷联式方法寻北,具有寻北快速和结构紧凑等特点。选择标度因数接近的2只光纤陀螺,敏感轴垂直布置于转位机构上,在步进电机的驱动下,实现二位置变换。步进电机经减速后的驱动轴与惯性测量单元支架的旋转轴组成内外嵌套的共轴传动系统,可使结构紧凑、刚度较大,有利于保证转位机构的精密快速旋转。硬件电路采用DSP为核心处理器,负责光纤陀螺和加速度计数据采集与寻北解算等。构建样机进行转位、单位置重复性与圆周精度测试,测试结果表明:转位精度为30″,单位置重复性与圆周精度小于0.1°,转动过程加数据采集过程的整个寻北时间小于3 min,满足预期的设计指标。     

测量目标相对角速度的陀螺传感器

在介绍了陀螺传感器基本特性的基础上 ,详细论述了利用陀螺传感器测量目标相对角速度的基本原理及其工程实现。在陀螺传感器中 ,采用了与陀螺偏侧角的变化率成比例的电磁阻尼 ,使测速系统的稳定性显著提高     

磁悬浮转子微陀螺旋转驱动电路设计

介绍了基于MEMS技术的磁悬浮转子微陀螺的基本原理,重点对旋转的原理进行讨论,给出相应实现方案的指标分析和系统设计,并进行了实验.经过驱动后,微陀螺可以得到3 000 r/min的旋转效果,并对旋转的转速和力矩进行了分析.     

一种基于光学测角技术验证陀螺定向的方法

介绍了由半导体激光器、线阵CCD传感器及图像采集系统等组成的小角度测量系统的工作原理,搭建了实验平台。同时,对利用数据采集系统采集陀螺仪输出的角速率进行积分,得到陀螺仪转动的角度值。通过把小角度测量系统测量的数据与积分得到的数据进行比较,验证了陀螺仪在小角度定向应用中的精确性。实验证明,该陀螺仪的测量精度达到0.01°以内。     

基于全程监测的超流体陀螺量程扩展方法

新型高精度超流体陀螺当前面临的关键问题之一是量程较小, 极大地限制了其应用领域. 为此, 提出了基于全程监测的超流体陀螺量程扩展方法, 并设计了实现方案. 该方法采用调整其面积矢量方向并在初始时刻注入热相移的技术, 避免了超流体陀螺的工作点达到盲点, 从而实现对其工作点的全程监测. 仿真结果表明, 该方法能够有效地解算角速度测量值, 使超流体陀螺的测量量程不再受到限制, 并且能够判别旋转的极性.

     

基于电子罗盘的快速粗定向方法研究

为满足机械陀螺仪快速定向要求,采用一种基于电子罗盘的快速粗定向方法;根据电子罗盘的地磁场测量原理,分析了其测量的干扰和误差因素;通过对电子罗盘干扰抑制及误差补偿处理方法的研究,综合采用软件滤波与基于椭圆拟合的罗差补偿法对采样数据进行处理及仿真;实验表明,该方法误差校正效果明显,设计精度可达1°,精度可满足机械陀螺仪粗寻北要求,寻北周期50″左右,满足设计要求。