基于Verilog HDL的三轴光纤陀螺时分复用系统数字滤波电路的实现

随着光纤惯性导航系统和光纤陀螺小型化技术的发展,开展三轴一体化光纤陀螺的研究是当前的一个主流。文章首先介绍了三轴一体化光纤陀螺时分复用技术方案,基于FPGA器件,运用Verilog HDL实现梳状滤波功能,完成了三轴一体化光纤陀螺时分复用系统数字滤波电路的设计,减小了电路系统的体积,降低了功耗,满足系统要求,实现了系统的小型化。     

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。     

一种三轴光纤陀螺结构体的模态分析新方法

光纤陀螺在力学环境下的性能指标是其环境适应性的重要内容,如何提高机械振动条件下的精度是光纤陀螺设计和工程应用中必须考虑的问题。模态分析可以确定三轴光纤陀螺结构体的频率响应和模态等参数。本文利用CAXA软件实现三轴光纤陀螺结构体的三维实体设计,在Ansys中对导入的实体模型进行了模态分析,这种方法能被基于Solidworks软件的模态分析、基于Pro/E和Ansys的模态分析方法和实际实验所验证,以便于实现三轴光纤陀螺结构体的优化设计。     

三轴一体化光纤陀螺光源驱动技术

根据三轴一体化光纤陀螺共享光源,要求光源能够提供较大的高精度的恒流以满足实际需要.结合SLD(超辐射发光二极管)光源结构特点及其工作原理,采用恒流和温控方案,设计了新的高精度恒流驱动和温度控制系统.经测试结果表明,设计的系统能够在环境温度为-45℃～ 70℃内稳定工作,实现了高精度恒流和温度驱动控制,满足三轴一体化光纤陀螺对光源驱动的要求.     

基于光纤陀螺的即插即用式全站仪定向方法

针对全站仪视准轴与光纤陀螺轴间存在集成误差角和光纤陀螺零偏问题,提出了一种即插即用且系统误差自动抵偿的光纤陀螺/全站仪组合定向方法.在工作现场,光纤陀螺通过锁紧装置连接到全站仪望远镜上,利用全站仪望远镜可分别在竖直和水平方向精确转动的特点,带动光纤陀螺到东向、西向、东向抵偿位置、西向抵偿4个位置做静态观测.这4组观测值代入一个简单公式即可计算出全站仪视准轴方位角.该方法的锁紧装置简单,集成精度要求低,光纤陀螺零偏和集成误差对方位角的影响基本被消除.仿真表明,在不利情况下,定向系统误差可控制在1″以内.     

基于两步修正法的 MEMS 三轴陀螺仪标定方法

针对目前三轴陀螺仪标定存在依赖于昂贵的转台设备或标定参数不完全的问题,本文提出了一种了基于两步修正法的MEMS三轴陀螺仪标定方法。该方法首先使用六位置法对加速度计12参数模型、三轴陀螺仪比例因子、三轴陀螺仪静态零偏进行标定补偿,然后对三轴陀螺仪非正交误差模型建模,进行系统级标定。两步修正法可实现在无精密设备条件下快速准确的对各项误差进行辨识,获得良好的标定效果。仿真实验表明,本文算法所获得的非正交误差均值接近1%,标准差小于0.1%;比例因子误差均值小于0.14%,标准差小于0.004%,且具有很好的一致性。实际实验表明,65 s纯惯性导航姿态更新结果中,该标定方法的俯仰角误差精度可以达到0.624°,横滚角误差精度可以达到0.67°。     

一种缩短闭环干涉式光纤陀螺仪(IFOG)预热时间的方法

光纤陀螺仪的启动阶段,温度的变化导致光纤陀螺仪性能的不稳定.通过分析影响光纤陀螺仪启动阶段热稳定性的因素,提出了一种基于DSP系统的可以实现光纤陀螺快速稳定的方案.这种方法适用于导弹发射、飞机导航等对光纤陀螺仪预热时间要求高的场合.     

扭转抑制光纤陀螺法拉第效应的理论研究

光纤陀螺法拉第磁光效应作为非互易性误差源,是影响光纤陀螺性能,尤其是影响光纤陀螺精度的主要原因之一。介绍了光纤陀螺的磁敏感机理,分析了光纤陀螺径向和轴向磁敏感性误差的主要来源。提出了通过在光纤陀螺原有光纤环上熔接反向扭转光纤的方法,引入比较高的圆双折射,对原有光纤环的非互易相位差进行补偿,达到抑制光纤陀螺磁敏感性误差的目的,探讨了该方法的可行性,并对补偿特征进行了仿真分析。     

基于椭球拟合的三轴陀螺仪快速标定方法

陀螺仪是惯性导航系统的核心器件,其测量精度直接影响惯性导航系统的姿态解算的准确性,对其准确、快速地校准显得至关重要.目前陀螺仪所采用的位置标定和速率标定方法,存在测试条件苛刻,需要精密的标定测试设备和高精度的北向基准,且标定时间长等问题.在分析了三轴陀螺仪误差模型的基础上,提出了一种基于椭球拟合算法的三轴陀螺仪快速标定方法.该方法通过对三轴陀螺仪在不同姿态下对同一角速度矢量的测量数据进行椭球拟合,可快速标定出该三轴陀螺仪的零偏、灵敏度、不正交等静态误差,进而对角速度矢量测量数据进行补偿,以提高测量结果的准确度.实验结果表明该方法可有效提高三轴陀螺仪的测量精度.     

光纤陀螺在球面非均匀磁场中的磁敏感性研究

磁光法拉第效应是光纤陀螺中存在的非互易效应,会在陀螺输出零位附加一个固定偏置,从而影响光纤陀螺的精度。针对陀螺内部电路的辐射磁场为球面非均匀磁场的特点,建立了球面非均匀磁场的光纤陀螺磁敏感误差模型。采用数值模拟的方法分析了球面非均匀磁场对光纤陀螺磁敏感性的影响并进行了实验验证。实验证明,球面磁场源距离光纤环越近,光纤陀螺磁敏感误差越大;球面磁场源位于光纤环中心轴附近时,光纤陀螺磁敏感误差较小;球面磁场源在光纤环内部中心轴向移动时,光纤陀螺磁敏感误差基本不变。     

基于椭球拟合的三轴磁传感器快速标定补偿方法

考虑到现有多轴磁传感器的标定补偿方法中普遍存在操作时间长、计算量较大、标定设备要求高、场地要求面积大等问题,提出一种基于椭球拟合的三轴磁传感器误差标定补偿方法。首先,分析传感器误差产生机理,并在此基础上,建立传感器误差模型,推导出各误差系数的计算公式,并利用椭球拟合的方法对三轴磁传感器进行测试标定与误差补偿。实验结果表明,该方法能够正确、有效地标定补偿三轴磁传感器的不正交误差、灵敏度误差以及零偏误差,具有操作简捷、省时、精度高等特点。     

用于三轴光电跟踪系统的神经网络误差修正法

系统误差的存在严重影响了光电跟踪系统的引导精度和测量精度,现阶段用于三轴光电跟踪系统的最小二乘系统误差修正法精度较低,球谐函数系统误差修正法亦不适于Z轴连续转动时的系统误差修正。三轴光电跟踪系统的系统误差是以其三个角度测量值为参数的曲面,而神经网络可以精确拟合复杂的曲线或曲面。分析和仿真证明,基于BP神经网络的系统误差修正法可用于Z轴连续转动的三轴光电跟踪系统,而且可把系统误差修正到约为原来的28%。     

三轴转台初始位姿对准误差的测试方法

雷达仿真实验用卧式三轴飞行仿真转台的三轴交汇中心与射频阵列仿真系统球面的球心同心,转台的初始姿态满足一定要求,以减小雷达仿真时的误差。为了三轴转台位姿的精确对准,提出了一种能补偿经纬仪竖直轴线铅垂度误差和俯仰轴零位误差的对准方案,首先根据精确的已知基点的坐标,通过经纬仪对各基点的观测结果采用最小二乘迭代处理方法,确定了经纬仪的三轴交汇中心的位置,再通过经纬仪对转台的内、中环轴轴端安装的靶标进行观测,确定了三轴转台的位置与初始姿态。通过实际测试与调整,解算出了三轴转台的三轴交汇中的坐标为-0.485,0.203和-0.475mm,外环轴指向误差为-59″。该测试结果在位置误差1mm,姿态误差2′的要求范围之内,实现了三轴转台的位姿对准任务。     

基于RBF神经网络的数字闭环光纤陀螺温度误差补偿

为了消除数字闭环光纤陀螺温度误差,设计了基于径向基函数（RBF）神经网络的温度误差补偿方案,对该方案所采用的标度因数误差模型和偏置误差模型进行了研究。首先,根据光纤陀螺的温度误差分布情况设计了标度因数误差和偏置误差联合补偿的方案。接着,将基于多尺度分析的噪声和趋势项分离算法应用于建模数据预处理,以提高建模数据准确性。然后,建立了RBF神经网络模型,并改进模型的学习方法以防止网络的过拟合。最后,讨论了模型输入向量对神经网络规模的影响。温度补偿的结果表明：标度因数误差模型的残差均方（RMS）达到0.73 ,偏置误差模型的RMS达到0.051 。该建模方法可以满足中、高精度光纤陀螺实时温度补偿的要求。     

光纤陀螺在摇摆状态下的误差特性分析

在海上由于风浪的作用船用光纤陀螺经常处于摇摆状态.在这种运动状态下,光纤陀螺的误差严重制约着捷联惯导系统的导航精度.根据光纤陀螺闭环控制系统的原理,建立了系统模型,并推导出光纤陀螺在摇摆状态下的附加相移误差(实际与理想状态之间闭环控制附加相移的差)表达式和输出误差表达式.从两式可以看出,附加相移误差影响系统的回路平衡时间和输出精度.详细剖析了附加相移误差表达式中各参数所代表的意义以及作用于附加相移误差的途径,并给出减小附加相移误差的方法.仿真和实验结果证明理论分析准确可信,为光纤陀螺动态方面的研究提供了参考.     

开环光纤陀螺随机噪声特性研究

采用A llan方差法对光纤陀螺输出的随机噪声特性进行分析,建立噪声模型以便于在应用过程中更好地降低输出噪声。搭建陀螺数据采集的硬件平台,对光纤陀螺进行长时间测试,陀螺的输出数据进行去野值处理后应用A llan方差方法辨识其中包含的噪声,并对各种噪声的统计特性进行估计。进行重复性试验,综合多次试验的结果得出光纤陀螺的噪声模型——主要包括量化噪声和角度随机游走。     

D/A量化对数字闭环光纤陀螺测量精度的影响分析

光纤陀螺全数字闭环检测方案的最小反馈相移由D/A的位数确定。通过建立全数字闭环光纤陀螺的Sigma-delta模型,从量化噪声的角度分析了D/A位数对数字闭环光纤陀螺测量精度的影响。研究了闭环检测对量化噪声的抑制作用及其对光纤陀螺输出精度的影响。实验结果与理论分析吻合,结果表明:由于闭环系统本身对量化噪声的抑制作用,量化噪声不会成为影响中、低精度光纤陀螺检测系统精度的主要误差源,实际D/A选型过程中可以根据系统对非线性、动态范围的要求结合的理论计算方法对D/A位数进行选取。