两次步进预置北限幅设计

针对陀螺经纬仪存在限幅效率低的工程问题,设计了一种两次步进预置北限幅方案。介绍了传统步进限幅方法原理,分析了陀螺摆动平衡位与静摆零位的关系。将传统步进限幅法中的静摆零位跟踪更改为平衡位跟踪,通过两次步进使陀螺主轴摆动迅速限幅并以小摆角在真北附近运动。推导了两次步进转动角度及时刻的数学公式,分析了误差因素,并针对不同的摆幅和悬挂带扭转系数与陀螺力矩系数的比值进行了仿真运算。采用该方法改进了一个陀螺经纬仪的限幅,实验结果表明,该方法能在一个陀螺不跟踪摆动周期内完成限幅,限幅精度达到1′。提出的限幅方法保留了传统步进限幅法不需要增加系统硬件的优点;提高了限幅效率,满足工程应用对寻北时间和精度的要求。     

摆式陀螺速度检测法全方位快速预定向

为克服国内摆式陀螺寻北仪对初始架设方位要求严格,难以实现全方位寻北的不足,通过对其大偏北角运动规律的分析,提出了一种基于摆速检测的全方位快速预定向方法.运用欧拉动力学方程建立摆式陀螺大偏北角运动方程;运用相平面法分析了其全局运动规律,运用修正的谐波平衡法求得周期摆动的近似解析解;然后根据求得的近似解析解分析了灵敏部摆动速度和摆动周期的变化规律,提出采用最大摆动速度检测法实现全方位预定向,并通过降低陀螺马达转速缩短寻北时间;最后设计了实现方案,并进行了初步试验验证.分析和试验结果表明,该方法能在2 min内实现任意初始架设方位预定向,预定向后灵敏部主轴方位角最大不超过5°.该方法对实现摆式陀螺全方位快速寻北具有重要意义.     

摆式陀螺寻北仪的积分测量方法

提出了摆式陀螺寻北仪双次积分测量方法。在粗寻北阶段采用步进法,通过施加外作用消耗系统原有机械能的方式实现快速寻北。在精寻北阶段采用双次光电积分法,通过对陀螺摆动的一个半周期做积分测量后,利用双次光电积分的方式得到陀螺摆动的平衡位置,然后,通过计算来获得子午面与陀螺轴向之间的夹角。进行了一系列相关实验,结果表明:双次光电积分法有效地改善了JT15试验样机的寻北测量精度,使由于测量周期变化造成的寻北误差减小了10倍以上。本方案缩短了摆式陀螺寻北仪的寻北测量时间,提高了寻北测量精度,满足了工程实用的精度和快速性要求。     

陀螺寻北仪粗寻北新方法——角加速度计算法

为了实现摆式陀螺寻北仪的大偏北角粗寻北,文中分析了陀螺灵敏部大偏北角运动方程,在最大速度检测法的基础上提出一种新的粗寻北方法——角加速度计算法。文中首先对仪器设置大偏北角的粗寻北试验,然后使用低通滤波对粗寻北阶段陀螺速度信号进行处理,最后建立跟踪微分器求得角速度的微分信号即角加速度,代入公式求出粗寻北结束时壳体的偏北角,并对角加速度计算法的结果进行精度分析。试验结果表明,角加速度计算法精度为6.03″,精度较好,能够实现大偏北角粗寻北,具有良好的工程实践性。     

陀螺经纬仪自适应智能下放系统

自动下放系统一直是牵制陀螺经纬仪全自动化进程的关键环节。针对现有陀螺仪,提出基于旋转步进电动机驱动陀螺仪凸轮轴的自动下放方案,设计下放结构及总控制系统,分析影响陀螺下放摆幅的决定性因素,通过大量试验总结出下放摆幅在理想范围时半脱位置与光标初始位置的关系,基于此提出自适应智能运动控制系统,即根据光标初始位置与半脱位置的关系曲线建立下放速度方案数据库,对不同的光标初始位置自动查询相应的半脱位置设置电动机速度从而实现智能控制。通过对自动下放系统进行平稳性、下放摆幅及重复性对比试验,表明该系统有效可靠,实现陀螺在不同托起状态下均能下放在正常工作区域,且陀螺运行平稳,有效地解决自动下放限幅的瓶颈,显著地提高自动化程度和测量精度。     

基于智能陀螺经纬仪实现快速初寻北

机械陀螺经纬仪初寻北时间的长短是决定其寻北效率的关键因素.从陀螺仪寻北的原理出发,在智能寻北系统中引入了一种快速寻北新方法--加速度判定法.该方法通过计算光标运动的速度与加速度值,能够在陀螺开始寻北数秒后即测量出真北值,并且能够弥补电子罗盘初寻北精度过低的问题,是全自动寻北策略的重要组成部分.以JT-15陀螺仪为样机的寻北实验表明,将加速度判定法应用于智能寻北系统中,仪器初寻北测量精度优于3′54″,满足了JT-15陀螺仪精寻北的条件要求,保证了全自动寻北的速度和精度,对于机械陀螺的快速及智能化寻北具有现实意义.     

速率偏频激光陀螺寻北仪标度因数的在线估计

为满足高精度寻北的工程需求,针对激光陀螺内部腔体温度变化和锁区不稳定性等因素会使速率偏频激光陀螺标度因数发生缓慢变化的问题,提出了在线估计标定因数的方法,并研究了速率偏频激光陀螺寻北仪及其标度因数测量误差.首先,通过标度因数实验研究其变化规律;然后,仿真分析了激光陀螺标度因数测量误差对寻北精度的影响;最后,根据陀螺测量...     

陀螺仪灵敏部自动升降的控制

设计了一种吊丝陀螺自动升降系统。采用数字信号处理器(DSP)控制直线步进电机,实现陀螺仪灵敏部的自动升降,完成了相关软硬件的设计,代替了传统的需要人工手动操作的凸轮装置。在陀螺自动升降的稳定性实验中,当脉冲频率为26~40 Hz时,陀螺运行稳定,摆动角度约为94~210';当脉冲频率为33 Hz时,陀螺下放及寻北效果最好,摆动角度约为105~147'。在与人工手动操作的对比实验中,采用直线步进电机的自动升降系统运行稳定、重复率低、操作简单。实验结果表明:该自动升降系统具有较高的稳定性,并可以有效缩短寻北时间和提高寻北精度,对陀螺仪的自动寻北具有现实意义。     

同一基座式非陀螺寻北瞄准方案研究

非陀螺寻北是运用加速度计发展起来的一种惯性测量技术寻北系统.在基于非陀螺寻北原理的基础上介绍了非陀螺寻北瞄准过程的工作原理.本文介绍一种将非陀螺寻北仪固定在准直瞄准仪基座上的寻北瞄准同一基座式方案的结构及其工作原理.通过对该方案安装误差的研究初步分析了影响寻北瞄准精度的因素.     

基于限制自适应卡尔曼滤波器的连续旋转寻北算法研究

寻北仪作为方位测量装置,被广泛应用在军事和民用定向和控制领域。针对传统寻北仪方法存在的缺陷,提出了基于测量地球自转角速度分量的连续旋转调制动态寻北方案。通过动态误差建模、优化过程约束和动态噪声估计,设计了延时补偿和硬件修正方案及限制自适应卡尔曼滤波算法。经仿真及试验验证,该算法鲁棒性好,抗噪声能力强,寻北精确度高。