Vondrak滤波在磁悬浮陀螺全站仪数据处理中的应用

磁悬浮陀螺全站仪容易受到外界干扰力矩的影响,采样数据中包含随机性漂移,而这种随机性漂移无法建立数学模型,因此采用不要求建立函数模型的Vondrak滤波对陀螺数据进行处理; 并在西安地区建立一条高精度天文基准线,在此基准线上反复进行8次测回的陀螺方位角测量试验,对每一测回的40 000组第1、2位置寻北力矩进行Vondrak滤波平滑处理。结果表明:Vondrak滤波平滑处理后,数据序列的毛刺减少,平滑数据序列能够反映出磁悬浮陀螺全站仪寻北力矩的变化趋势; 与原始数据相比,Vondrak滤波平滑处理结果的均方根明显减小,数据更为集中; Vondrak滤波能够有效消除磁悬浮陀螺全站仪的随机性漂移影响,提高真北方位角的测定精度,在最大程度上滤除干扰成分, 保留有用信息。     

相位误差对MEMS陀螺检测的影响分析及校正

为提升MEMS陀螺的整体检测性能,对解调参考信号的相位误差对MEMS陀螺检测的影响进行了分析,提出了基于矢量内积鉴相器的相位校正方法.首先从原理上分析了相位误差对解调结果的影响,然后建立了开环解调、静电力反馈正交误差消除加开环解调、静电力反馈正交误差消除加闭环解调3种典型MEMS陀螺检测电路的仿真模型,对解调参考信号存在相位误差的情况进行了仿真。仿真结果表明:不同解调方式中,相位误差对角速度和正交误差的解调影响基本一致,对陀螺的动态范围影响各不相同.同等输入条件下,解调参考信号的相位误差越大,角速度和正交误差的解调结果与真实值的偏差就越大,有必要进行相位校正以消除其影响。 在此基础上,首次将矢量内积鉴相法引入了MEMS陀螺检测电路中,提出了一种可以适用于3种情况的相位校正方法,并进行了仿真。仿真显示,该方法可以消除相位误差,校正正交误差系数和角速度解调误差,提升静电力反馈正交误差消除加开环解调电路的动态范围,且不会影响MEMS陀螺的启动时间,具备良好的通用性。     

MEMS陀螺的模糊自适应卡尔曼滤波

以捷联惯导系统为应用背景,在建立MEMS陀螺的数学模型后,针对常规卡尔曼滤波算法的不足,引入一个加权因子,实时地对系统噪声和观测噪声进行估计和修正,从而降低系统的模型误差,抑制滤波发散。实验证明,在确保整个导航系统可靠性的前提下,MEMS陀螺提供了更加精确的角速率信息。     

转台误差对MEMS陀螺标定的影响分析

MEMS陀螺是导航系统中的关键元器件,提高其精度对提升导航系统性能具有重要意义.基于多体系统建立三轴转台误差模型,根据转台运动机理分析得到三轴转台的各类几何误差项及运动误差项,然后阐述陀螺标定原理,推导出MEMS陀螺标定全参数误差模型,测量出转台各项误差参数值.在此基础上进行速率标定实验,分别求得加入转台误差项参数和不...     

基于灵敏度解析的微机械陀螺结构优化方法

以一种音叉振动式微机械陀螺为研究对象,对其复杂多自由度模型的24个设计参数进行灵敏度解析,分别计算其对系统驱动模态和检测模态固有频率的动态灵敏度,筛选并确定出5个对最终输出性能影响最为关键的尺寸参数;以这5个参数为设计变量,并以系统输出特性作为优化目标对微陀螺结构进行了优化.灵敏度解析方法的应用有效解决了微陀螺结构优化过程中所存在的计算量大、解析时间长等实际问题,对相关MEMS器件的结构优化设计研究具有一定的参考价值.     

MEMS陀螺中折叠梁的建模与仿真

针对MEMS陀螺中常见的折叠梁结构,本文建立了折叠梁的理论模型,并在SABER平台上建立了其系统级模型.进而将两根折叠梁相连的模型用于MEMS陀螺的设计与仿真,对其进行频域和时域分析,利用基于ANSYS的有限元仿真结果对模型进行了有效性验证,分析了折叠梁的尺寸参数变化对陀螺谐振频率的影响.仿真结果表明,折叠梁的系统级模型与ANSYS仿真结果的误差小于5%,仿真时间仅200 s,可以在确保仿真精度的前提下,满足MEMS器件快速设计的要求.     

MEMS陀螺随机误差补偿在提高姿态参照系统精度中的应用

为提高航姿系统姿态角测量精度,论文对MEMS陀螺随机误差的测试和补偿进行了研究。运用Allan方差方法分析了MEMS陀螺各项随机误差的特性,建立了针对MEMS陀螺的随机误差补偿模型。采用Allan方差辨识算法完成对各项随机误差的分离,获取速率随机游走(RRW)和角度随机游走(ARW)噪声方差值。通过设计的卡尔曼滤波器对MEMS陀螺随机误差进行实时估计补偿,利用姿态解算算法得到随机误差补偿前和补偿后各3个方向的姿态角。实验结果表明经误差补偿后系统的静态偏航角测量精度提高了3倍、横滚角提高了4倍、俯仰角提高了12倍。     

随机干扰作用下陀螺稳定平台动态特性研究

本文讨论了在随机干扰力矩作用下,陀螺稳定平台的动态品质,给出了数字仿真结果,并对仿真精度进行了比较和分析,最后提出了处理意见。     

静电陀螺转子偏心摆动造成的静电干扰力矩

针对质量不平衡调制(MUM)信号读取静电陀螺仪中转子径向偏摆运动引入的静电干扰力矩,推导了该干扰力矩的表达式,进行了计算和仿真,并讨论了其对陀螺精确度的影响.研究结果表明,转子径向偏摆运动造成的静电力矩是电极电位和转子自转轴相对壳体角位置的函数,在高精确度应用中,陀螺必须工作在该静电干扰力矩为零的位置.研究结果对MUM读取静电陀螺仪有参考价值,对光电读取静电陀螺仪也有借鉴作用.     

一种直流力矩电机系统的滞滑摩擦补偿方法

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性滞滑摩擦,使转台在PD控制下存在稳态误差的问题,应用具有stick-slip摩擦的直流力矩电机系统模型,推导了一种非线性补偿方法．该方法设计了一种非连续非线性的比例反馈力矩,使在PD控制下的转台电机系统具有惟一的平衡点,从而消除了滞滑摩擦引起的稳态误差．仿真结果证明了该非线性补偿方法的有效性．     

Application of Improved Neural Adaptive PSD Algorithm in Temperature Control of INS

A neural adaptive proportion sum differential (PSD) algorithm with errors prediction is researched. It is applied in inertial navigation system(INS) temperature control. The algorithm do not need the process‘s precise mathematical model and can adapt to the process parameters changing, and can deal with the process with nonlinearity. According to the Smith predictor, author developed a method that takes the predicted process error and error change as neural adaptive PSD algorithm‘s input. The method is effective to the system with long dead time.The results of compute simulation show that this system has characters of quickly reactiorr, low overshoot and good stability. It can meet the requirements of temperature control of INS.     

MEMS陀螺仪随机漂移误差滤波处理研究

MEMS陀螺仪是一类新型惯性器件,具有体积小、成本低、重量轻、可靠性高等优点,但是精度较低、随机漂移误差比较大.从实际工程应用角度出发,针对MEMS陀螺仪的随机漂移误差,首先进行实时均值滤波处理,然后基于随机序列时序分析法的基本原理,建立MEMS陀螺仪随机漂移误差的一阶AR模型,然后依据kalman滤波算法的马尔科夫特性,提出了对MEMS陀螺仪每次输出进行实时多次滤波处理的新方法.通过对具体测量数据进行处理,MEMS陀螺仪的随机漂移误差减小到原来的百分之二左右.     

Error Model of Rotary Ring Laser Gyro Inertial Navigation System

To improve the precision of inertial navigation system (INS) during long time operation, the rotation modulated technique (RMT) was employed to modulate the errorr of the inertial sensors into periodically varied signals, and, as a result, to suppress the divergence of INS errors. The principle of the RMT was introduced and the error propagating functions were derived from the rotary navigation equation. Effects of the measurement error for the rotation angle of the platform on the system precision were analyzed. The simulation and experimental results show that the precision of INS was ① dramatically improved with the use of the RMT, and ② hardly reduced when the measurement error for the rotation angle was in arc-second level. The study results offer a theoretical basis for engineering design of rotary INS.     

INS中石英陀螺周期性误差传递原理分析

为分析石英MEMS陀螺仪的周期性误差在INS系统导航过程中引起误差的原理,研究了数据平滑过程对周期性误差参数的影响原理,并利用误差传递理论分析了各个周期性误差参数的传递特性,发现数据平滑过程会严重影响周期性误差的频率稳定性,而频率误差正是周期性误差影响导航精度的最主要的因素.实验发现,数据平滑会使显著周期项的个数增加,频率压低,频率稳定性差、误差大,这些变化特性使实验数据的实时补偿结果在短时间里就出现了振荡发散,与理论分析结果相吻合.结果表明,石英陀螺周期性误差的实时补偿需要重点抑制或避开频率误差的影响.     

光纤陀螺漂移的数据分析及建模

设计了应用于陆用捷联惯导系统中的干涉式光纤陀螺(IFOG)的数据采集系统,对IFOG进行了测试,给出了测试曲线.采用Allan方差法对IFOG的测试数据进行了分析,辨识出了各项随机误差系数.此外,采用时间序列分析方法,建立了IFOG的随机漂移误差模型.所得结论为改进IFOG设计及实际应用中对IFOG的误差补偿奠定了基础.     

长航时惯导系统的模糊控制内阻尼算法

针对惯导系统长时间工作时导航误差舒拉振荡幅度随时间发散的问题,提出了一种适用于长航时惯导系统的内阻尼算法.设计了二阶阻尼网络,采用模糊控制器判断载体当前时刻的运动状态,制定数据融合策略,控制惯导系统在无阻尼与内阻尼状态之间切换.算法利用满足内阻尼条件时刻的惯导速度作为参考进行阻尼,摆脱了对外部信息的依赖,保证了惯导系统工作的自主性.海上试验结果表明,该算法明显地抑制了导航误差的舒拉周期振荡,可有效提高长航时惯导系统的导航精度.     

联合误差估计的机载超高分辨率SAR成像

针对机载超高分辨率合成孔径雷达存在运动误差严重影响成像质量的问题,提出一种联合误差估计的超高分辨率成像方法。首先,依据合成孔径雷达成像几何,将惯导投影到斜距平面坐标系,反演出运动误差,通过插值运算完成距离空变粗补偿;接着,为了有效结合运动补偿,采用改进施托克插值的距离徙动算法完成徙动校正;利用子孔径误差相位提取和全孔径拼接的方法,完成运动误差的精估计和补偿;采用图像偏移算法实现残余方位空变误差相位估计和补偿。完成以上徙动校正和运动补偿后,对方位全孔径数据进行匹配滤波,得到超高分辨率合成孔径雷达成像结果。采用所提算法对机载X波段和Ku波段实测数据进行成像,得到二维0.05m超高分辨率成像结果,验证了该方法的有效性和实用性。     

硅微机械陀螺信号非线性补偿算法的研究

由于无驱动结构硅微机械陀螺的特殊性,其输出信号受自转频率的影响很大,为非线性的,这种动态特性使陀螺无法实用化,因此提出了一种适合该陀螺信号非线性补偿的新算法,通过补偿理论分析,软件程序编写和调试,硬件电路的构建,实际测试的陀螺仪输出信号和补偿后陀螺仪输出信号的对比,论证了该非线性补偿算法的可行性,并且由实际数据验证了该算法的补偿误差较小,精确性很高。证实该算法可以消除由载体自转引起的陀螺信号的误差,最终使陀螺仪输出信号的幅值只与输入角速度之间呈线性关系,稳定性得到增强。从而完善了硅微机械陀螺信号处理系统,使陀螺实用化。     

传递对准中主惯导速度匹配量的实时构造算法

研究了当机载主惯导和弹载子惯导分别采用地理坐标系和准惯性坐标系作为导航坐标系时，传递对准过程中主惯导速度匹配量的实时构造算法。提出了利用主惯导导航参数实时构造主惯导速度匹配量的地速转换和修正算法，利用主惯导加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分算法，以及利用主惯导导航参数和加速度计输出实时构造主惯导速度匹配量的比力积分修正算法。仿真结果表明，3种实时算法在算法精度和计算量方面各有所长。     

对LZ77压缩数据的不均一纠错编码

提出一种对目前广泛使用的LZ77压缩数据进行高效误码保护的编码方法。分析了误码对LZ77压缩数据的影响，提出了对压缩数据的三个参数－匹配位置、匹配长度和未匹配字符进行不均一误码保护编码（Unequal Error Protection coding）。由于匹配长度中的误码对解压缩后的数据的危害比其余两个参数要很严重得多，且匹配长度中的误码出现得越早对解压缩后的数据的危害越大，而在其余两个参数中，误码的位置与解压缩后数据中的错误多少无关，所以，在整体上对匹配长度的保护强于对另外两个参数的保护，且对匹配长度的前面部份的纠错能力比对其后面部份更强一些；而对其余两个参数则用均一纠错编码保护。计算机模拟结果显示，所提出的编码方法在引入较少的监督位的情况下，比传统的纠错编码方法对解压缩后的数据的保护能力更强。