单轴旋转式捷联惯导方位对准研究

为消除东向陀螺常值漂移对捷联惯导方位对准精度的影响,在罗经法对准频率特性分析的基础上提出了一种适于旋转调制捷联惯导系统的罗经对准方法.该方法利用旋转过程中陀螺漂移和加速度计零偏被调制为周期变量的特点,针对旋转频率来改变罗经法对准系统的参数,使系统能够对调制后的陀螺漂移和加速度计零偏产生抑制作用,以此消除静基座对准中由东向陀螺常值漂移所引起的方位误差角.仿真实验结果表明,相比静基座对准,在单轴旋转中采用此种罗经法对准可以消除方位角的常值误差,方位对准的精度可提高至10倍以上.     

一种单轴旋转捷联惯导的三位置对准方法

针对单轴旋转式捷联惯性导航系统,提出了一种基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的三位置初始对准方法.在系统可观测性分析的基础上,建立IMU姿态与失准角之间的关系,提出了使失准角估计偏差为零的三位置对准方法.与以往固定位置对准和两位置对准进行了比较,表明该方法可以消除不可观测的水平加速度计零偏和东向陀螺常值漂移对初始对准精度的影响,大大提高了系统初始对准精度.     

微小型光纤陀螺组合分时复用技术

为了有效减小多轴光纤陀螺组合的功耗、体积和重量,实现光纤陀螺组合的微小型化,应用分时复用技术,提出了一种基于3×3耦合器,工作在850 nm短波长的光纤陀螺分时复用组合结构。分析了陀螺输出数据处理方法,得到了分时复用光纤陀螺组合的相对极限零偏稳定性。建立了分时复用光纤陀螺切换模型,揭示了分时复用导致光纤陀螺轴向切换必然存在一个过渡过程,分析了过渡过程对陀螺组合静态、动态特性的影响。结果显示,光纤陀螺组合的相对零偏稳定性是传感方法的2.1倍,最大输入信号检测带宽为1.1 kHz,标度因数的不对称性和非线性度均小于50×10-6。最后,通过仿真进行了实验验证,结果表明,该技术可以用于中低精度微小型多轴光纤陀螺组合中。     

具有中等精度的全数字闭环保偏光纤陀螺仪

报道了一种采用Y分支多功能集成光路和全数字处理技术的具有中等精度的闭环保偏光纤陀螺。测试结果表明,零偏稳定性为0.4(°/h),在整个±300(°/s)的测量范围内,标度因数稳定性优于800ppm.该光纤陀螺仪结构简单,精度高,动态范围大,适合于捷联惯性组合导航系统的应用。     

一种新型光纤陀螺仪的实验研究

介绍了一种新型光纤陀螺仪—再入式光纤陀螺仪(Re-FOG)的工作原理,这种新型陀螺仪通过缩短光纤长度克服了温度和应力引起的误差。在研制陀螺仪样机的基础上,进行了实验研究。实验结果表明,使用短光纤可实现等效多倍长度的普通光纤陀螺的检测,文中所研制的陀螺零偏稳定性优于4°/h,达到中等精度水平。     

旋转调制式激光捷联惯导安装误差分析与标定

双轴旋转调制技术可以实现对陀螺漂移和加计零偏的调制,从而极大地提高惯导系统的精度,以满足船用惯导高精度的导航需求.由于单元体一直作连续正反旋转运动,传统的位置法和速率法无法对该系统进行标定.提出了一种基于三轴转台和单元体自旋转的误差标定方案,实现了对系统误差的快速精确标定.其中旋转轴和陀螺及加计敏感轴间的不正交角标定精度优于1",陀螺、加计敏感轴间的不正交角标定精度优于2".海上试验表明,误差标定结果满足了系统1 nmile/24 h的导航要求,具有较高的工程应用价值.     

基于刚度轴偏角预估机制的 MEMS 多环谐振陀螺全闭环控制方法

针对微机电系统多环谐振陀螺正交闭环回路存在控制误差问题,提出一种基于刚度轴偏角预估机制的多环陀螺全闭环控制方法。该方法通过对微机电系统多环谐振陀螺刚度轴偏角预估,实现正交闭环回路参数自动优化调整。同时,提出了基于刚度轴偏角预估机制的全数字化闭环控制方法,实现微机电系统多环谐振陀螺的驱动、检测、正交、模态匹配环路的全闭环控制。该方法可提升正交闭环回路信噪比,增强陀螺正交漂移的抑制能力,降低陀螺零偏输出,改善陀螺的零偏不稳定性。实验结果表明,采用本文提出的基于刚度轴偏角预估机制的全闭环控制方法后,微机电系统多环谐振陀螺的零偏输出由0.201°/s降低为0.021 3°/s,零偏不稳定性由39.42°/h降低为1.237°/h,分别降低了9.44倍和31.86倍,验证了该方法对提升微机电系统多环谐振陀螺仪性能的有效性。     

光纤惯导温度效应误差的高精度综合辨识与补偿

为了提高光纤惯导系统在温变环境中的使用精度,研究了惯性仪表温度效应误差的高精度综合辨识与补偿。首先利用全温范围下系统级标定技术建立了高精度标定参数基准并获得了陀螺和加速度计标度因数与加速度计零偏的温度系数。之后借助工作温度下仪表坐标系与基准温度下本体坐标系间的方向转换,确定了仪表安装误差与本体坐标系随温度的变化关系并修正了温度引起的坐标系间指向误差。在此基础上,给出了陀螺零偏温度漂移的分离与补偿方法。常温静态与变温动态导航试验结果表明,前者定位误差由2 093降至442 m,后者5 h位置精度则提高了接近5倍,显著增强了惯导系统的温度适应性。     

应用多元性能退化量评估光纤陀螺贮存的可靠性

采用基于多元性能退化量的评估方法研究了光纤陀螺贮存可靠性.首先,采用协方差矩阵分析了量化多元性能退化量的相关性并利用联合概率密度函数表征产品失效概率密度,由此给出了基于多元性能退化量的产品可靠性评估的一般方法.接着,在对光纤陀螺进行特性分析的基础上选取零偏、零偏稳定性和标度因数作为性能退化参数,开展贮存试验并获取在一定...     

捷联惯导系统的误差模型与仿真

为研究捷联惯导系统短时间导航精度,建立了导航误差数学模型,分析了惯性器件误差对系统导航精度的影响.应用捷联惯性导航原理,针对系统短时间导航的特点,简化了载体在导航坐标系的导航方程;由惯性器件安装误差与陀螺仪等效零漂经过方向余弦矩阵变换建立载体姿态误差方程;结合导航方程、姿态误差方程与惯性器件误差推导出载体速度误差与位置误差数学模型.在此基础上,建立了误差状态空间方程与误差模型框图.在Matlab/Simulink环境下建立了误差数学模型计算模块,用捷联惯导算法与误差模型共同解算地面150 s导航试验数据.结果表明:导航系X轴的相对系统误差＜20%,Y轴、Z轴的相对系统误差＜4%,验证了误差数学模型的正确性.此外,分析了加速度计精度的变化对短时间工作的捷联惯导系统导航误差产生的基本影响.     

激光扫描追踪人体目标位姿的算法研究

针对人体目标位姿的追踪问题,对二维激光扫描仪的工作原理进行了归纳,对所测取数据的分析算法进行了研究,设计了一种基于激光图像扫描的新型算法,利用C语言与Matlab混合编程,通过对人体目标肩部截面进行椭圆拟合,实时测取了运动人体目标的距离、角度和方位信息,并通过Matlab GUI显示.二维激光扫描仪通过旋转的光学部件发射光脉冲,形成了二维的扫描面,以实现区域扫描及轮廓测量的功能.研究结果表明,利用激光扫描仪测取的人体目标的位置信息与真实的人体目标的位置信息相比基本吻合,距离范围为0m～4m,距离精度优于0.05 m,角度范围为240°,角度跟踪精度优于2°,方位范围为360°,方位精度最高1 °,该算法可用于需要对人体目标进行实时追踪的工程应用中,例如用于对人体目标实时跟随的移动平台或机器人中.     

机载光电跟踪成像消旋高精度测角系统研究

本文介绍了光电跟踪成像消旋系统的基本原理,利用旋转变压器和轴角数字转换器(RDC),设计完成了一套高精度测角系统。系统采用去脉冲干扰滑动平均值法进行实时滤波,完成消旋系统在两轴两框架内任意位置的角度测量;采用信号变换的方法,成功解决了因旋转变压器安装位置的不同可能导致系统失控的问题。系统的成功运用显著提高了光电跟踪成像消旋系统的调试和生产的工作效率。     

一种对空间突发性强闪光目标的测角方法

在空间发生的突发性强闪光事件,如低空随机发生的强烈爆炸等,具有很强的时间和位置的随机性,且持续时间短.提出了一种对空间突发性强闪光目标的光电测角方法.该方法可完成对强闪光目标中心位置的方位角和俯仰角的测量.介绍了该测角装置的基本构成和测角原理,对装置的关键部件也作了简单阐述.用该测角装置与经纬仪对太阳进行了测角对比试验,给出了其测量数据,分析了其测量精度.由于该装置采用变增益放大器和柱面形光电接收器,它具有对目标探测的动态范围大和实现对目标全方位测量等特点.     

基于单片机的光源伺服系统

系统以MSP430芯片为控制核心,构建了由光敏二极管检测和比较,方位角和高度角双轴机械跟踪定位模块组成的自动控制装置,设计出一套自动指示点光源位置的实时跟踪系统。另外,该系统还能够实现对亮度不同的点光源跟踪,不受日光灯的影响。通过实验验证,系统运行稳定、可靠,跟踪精度在2 cm以内。     

用PSD构成全方位高准确度数字水平仪

本文利用连续型光电位置探测器ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）作为传感器,以重力方向作为竖直基准,构成了一种全方位高准确度水平仪,能实时地给出待测平面的倾斜角度和倾斜方位,具有量程可调结构紧凑、应用范围广等特点。     

基于CKF的SINS大方位失准角初始对准

大方位失准角捷联惯导系统(strapdown inertial narigation system,SINS)误差方程是非线性的,为改善非线性模型下初始对准的精度,提出将一种新的非线性滤波方法(cubature Kalman filter,CKF)应用于捷联惯导系统初始对准中。为此建立了大方位失准角下初始对准非线性模型,分析了基于spherical-radial cubature准则的CKF滤波原理,对非线性模型进行了CKF滤波仿真。仿真结果表明CKF能够很好地处理初始对准中的非线性问题,提高初始对准精度,方位失准角误差能够收敛到-33.13’,接近理论估计精度-32.40’,优于EKF的-84.14’。     

偏振导航传感器测角误差分析与补偿

借鉴沙漠蚂蚁等昆虫利用天空偏振模式进行导航的方法,设计了偏振传感器来获取导航系统的航向角。为提高偏振传感器的测角精度,研究了影响偏振传感器测角精度的误差因素与补偿方法。讨论了如何利用偏振传感器从天空偏振模式中提取偏振方位角信息的方法,分析了影响偏振测角精度的主要误差因素,建立了偏振传感器的测角误差模型。根据测角误差模型,推导了偏振方位角的解算方法,并利用最小二乘算法,通过估算模型的误差参数值间接补偿测角误差。最后,采用提出的误差补偿算法在晴朗天气下进行了实验测试。测试结果表明：误差补偿后测角精度得到明显提高,约为0.17°（3σ）。实验结果验证了提出的误差补偿算法可以实现对角度误差的有效补偿。     

基于扰流技术的直叶片升力型垂直轴风轮的性能改善

提出采用扰流方法,来解决因局部方位角的叶片攻角极小而导致整体H型风轮性能较低的问题。基于双盘面多流管模型,分析了尖速比分别为5和6时,扰流对叶片攻角、切向力系数和转矩的影响规律。计算表明:扰流作用下,在0o≤θ≤15o和345oθ≤360o引流范围内,攻角增幅随着方位角的增加而增加;在175o≤θ≤185o范围内,随方位角的增加而减小;相同引流域内,随着尖速比的增大而减小。扰流对0o方位角性能改善效果比180o方位角明显,切向力系数和转矩的增幅在0o≤θ≤15o扰流范围内较大,345oθ≤360o次之,175o≤θ≤185o范围内增幅最小。研究了扰流角对风轮性能的影响规律,研究表明适当增大0o和180o处的扰流角可以提高风轮性能,扰流角增加相同幅度,上盘面的转矩的提高幅度更大。     

船载高精度星敏感器安装角的标定

星敏感器测量船体姿态精度与星敏感器与甲板之间的安装角标定精度密切相关。本文介绍了船载星敏感器的相关坐标系及安装角的定义,建立了船载星敏感器蒙气差修正模型,提出了一种船载高精度星敏感器安装角标定方法。船进坞坐墩时,船载经纬仪通过拍摄方位标确定航向,星敏感器通过星图识别获得视场内星点的赤经、赤纬,构成地心惯性系参考矢量,经岁差、章动、极移、船位等修正,得到各恒星在惯导地平系下的参考矢量。然后,根据蒙气差模型对星点逐个修正俯仰角,重构惯导地平系下的参考矢量。最后,依据姿态确定算法原理,解算星敏感器安装矩阵,求解安装角。实验表明,使用该方法可使方位角、俯仰角的标定精度达10"以内。该方法有效发挥了星敏感器指向精度高的优点,改善了程序自动化程度,提高了船体姿态测量精度。