光纤陀螺寻北仪四位置转位机构设计及其控制

光纤陀螺(FOG)寻北仪利用光纤陀螺敏感地球自转角速率的水平分量,经解算获得载体参考轴与北向的夹角.转位控制方案设计是寻北仪系统设计中一个极其重要的环节,转位机构的转位精度必须满足寻北的精度要求.该文详细介绍了光纤陀螺寻北仪转位机构设计,实现途径以及对寻北精度的影响.实验证实采用多位置转位机构达到了系统寻北的精度要求.     

Ψ型四位置寻北仪方案

在传统四位置寻北方案基础上,针对光纤陀螺寻北仪提出了一种新的转位方案,将传统水平面内相互垂直转动寻北改为Ψ型转动寻北。相对传统转位方案,不仅保持了原有的优势,同时能够减少25%的转位时间。在不同情况下,通过巧妙的公式构造和选取对应位置下的陀螺输出,能有效避免光纤陀螺死区造成的寻北误差,并且可以提高某些特定角度范围的寻北精度。     

光纤陀螺寻北仪误差系统分析

为了提高光纤陀螺(FOG)寻北仪的精度,从陀螺仪平台调平误差、基座不稳定产生的误差、光纤陀螺(FOG)的漂移、陀螺仪转位误差等出发,对影响光纤陀螺寻北仪的因素进行了系统全面地分析,并进行相应的补偿,消除了大部分的误差因素,理论上能使寻北仪精度得到显著地提高.     

陆用光纤陀螺寻北仪误差特性研究

针对陆用武器对高精度寻北定向的要求,本文以高精度光纤陀螺寻北仪为研究对象,基于光纤陀螺寻北仪误差模型和光纤陀螺的误差特性,从理论上对光纤陀螺寻北仪寻北误差进行了分析,提出寻北仪主要包括系统误差和器件误差两个方面的误差源,并分别对不同误差源引起的寻北误差进行推导,得到光纤陀螺寻北仪寻北精度主要受陀螺零偏漂移、安装误差和转台测角精度决定的结论。对光纤陀螺寻北仪各误差源引起的寻北误差进行仿真试验,试验证明了理论分析的正确性。     

动力调谐陀螺寻北仪倾斜补偿算法

动力调谐陀螺寻北仪在倾斜状态下寻北误差较大,其原因是动力调谐陀螺模型中各参数没有全部标定且标定精度不够,不能保证寻北仪在工程中的正常使用.因此,提出了一种24位置动力调谐陀螺全参数标定方法,分析了动力调谐陀螺寻北仪倾斜状态下误差的来源及其物理意义,明确了倾斜状态下误差形成的内在机理.并用四元数理论建立倾斜寻北的数学模型、误差补偿模型,仿真了相应的解算算法.并进行了试验研究,结果表明,该方法能有效解决倾斜状态下的寻北精度,在工程应用中效果良好.     

旋转式光纤陀螺寻北仪研究

基于光纤陀螺和旋转调制技术的优点,提出一种单陀螺寻北仪.采用1个单轴光纤陀螺、2个石英加速度计和旋转机构组成系统, 寻北同时还可得到具有一定精度的纬度信息.给出了寻北原理公式,基于递推最小二乘法开发了实用的算法,以消除陀螺漂移和噪声的对寻北精度的影响.通过误差分析对寻北精度进行理论估计,指出影响寻北精度的重要因素是陀螺漂移的不稳定性并使用光纤陀螺测试数据进行半物理仿真.仿真结果表明,3 min内方位角估计值进入0.1°误差带,重复性精度可达4′.     

基于模糊自适应PID算法的寻北仪转位控制

转位控制方案设计是寻北仪系统设计中一个极其重要的环节,转位机构的转位精度必须满足陀螺寻北的精度要求.该文结合传统PID控制和模糊控制的优点,在以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的硬件系统中设计了基于模糊自适应PID算法的寻北仪转位控制器,充分发挥了两者的优势,并在Matlab/Simulik中建立了该系统模型,为模糊规则和PID初始参数的选取提供了依据.实验结果表明,该转位系统的转位精度可以满足寻北仪寻北精度的要求.     

一种惯性寻北仪静态误差分析方法

惯性寻北仪测量精度与内部陀螺有关,其测量值受到载体水平度、安装精度等诸多因素的影响,文章提出了一种使用空间解析几何法推导惯性寻北仪陀螺测量值误差与载体姿态角误差及陀螺安装误差这两类静态误差之间关系的方法,为寻北仪工作精度分析提供了新的思路,以便于误差补偿。     

速率偏频激光陀螺寻北仪设计

设计了一套高精度的速率偏频激光陀螺寻北仪样机。样机主要由90型速率偏频激光陀螺和高精度单轴一体化转台构成,采用东西向二位置寻北方案,通过滑动平均法处理采样数据,降低量化误差的影响。在地理纬度28.2°处进行寻北实验,结果表明,静基座条件下200s寻北精度优于16″。     

基于RBF神经网络的光纤陀螺启动补偿及应用

光纤陀螺对温度比较敏感,由于温度引起的零偏漂移是光纤陀螺工作尤其是启动过程中的一种较大误差。文中为了减小光纤陀螺启动过程的零偏漂移、缩短启动时间,提出了对光纤陀螺启动过程进行补偿的方案。该方案以光纤陀螺温度和温度变化率为输入、光纤陀螺漂移为输出建立二输入单输出的RBF神经网络,用于陀螺启动过程补偿。在室温下对某型号光纤陀螺启动漂移进行了补偿,试验结果表明该方法能有效减小陀螺的启动温度漂移,缩短陀螺启动时间。将该方案运用到某型号的光纤陀螺寻北仪上,常温试验表明,该方案大大缩短了寻北仪的准备时间,提高了寻北精度。     

高精度激光寻北仪误差补偿技术研究

基于激光陀螺的寻北仪,具有寻北精度高及稳定性好等优点,在军事和民用领域都得到了一定的应用。为了实现激光寻北仪的高精度指标,传感器参数标定的准确性至关重要,但由于转台精度的限制,影响传感器参数的标定,造成激光寻北仪寻北精度的下降。该文对基于转台的标定进行了研究,采用系统级标定方法,通过建立标定参数误差补偿模型,利用卡尔曼滤波收敛参数,得到更准确的标定参数。最后,对激光寻北仪进行了系统级的标定,通过静态寻北实验表明了标定误差补偿法的有效性,保证了高精度激光寻北仪的寻北精度。     

长航时激光惯导定位误差的补偿方法研究

针对激光惯导长时间航行时定位误差发散的问题,提出了一种适用于激光惯导定位误差综合补偿的方法。引入经典的误差方程和旋转激光陀螺的误差方程,主要分析陀螺漂移对惯导系统的影响,根据分析结论,提出了基于外部位置和航向信息的长航时激光惯导定位误差的补偿方法。理论和实验分析表明,所提出的补偿方法明显的抑制了激光惯导的误差随时间的积累,可有效提高长航时激光惯导的定位精度。     

高精度动调陀螺寻北仪优化设计

陀螺的漂移和随机误差是影响动调陀螺寻北的主要因素。提出了三位置寻北方案,消除了陀螺漂移对寻北的影响。准备时间、采样时间、低力矩维持电压和堵转时间等参数设置会直接影响寻北时间和寻北精度。通过实验数据设置合理的参数可减小陀螺随机误差。实测结果表示寻北精度从0.2°提高到0.05°。     

扫描镜非接触式检测系统的位置误差分析

为了满足非接触式扫描镜检测系统的位置检测精度要求,分析系统各误差源对扫描镜位置检测精度的影响,制定详细的系统总体误差分配方案。分析系统的主要误差源,根据系统相关参数,利用齐次坐标转换法,建立系统引入误差量的数学模型,计算各误差源的误差传递系数;参考误差传递系数,根据加工、装调和检测水平相关数据,应用蒙特卡罗法分析计算,进行误差分配。结果表明,目前的加工、装调能力无法达到该系统的精度要求,提出了一种依据目前的检测水平进行误差分配的方法,最终应用误差补偿实现扫描镜位置检测极限误差优于2.5。采用一字线激光器作为光源,通过0.5莱卡经纬仪和千分表进行检测,达到系统要求的检测精度。     

激光陀螺捷联惯导系统的模观测标定方法

为了减小转台误差对激光陀螺捷联惯组（SIMU）标定精度的影响,采用模观测法设计了正二十面体-12点的位置和速率试验计划。首先,利用在重力场下的12个静态位置标定加速度计的零偏、标度因子和安装误差矩阵;然后,采用外环角速率、中内环双轴翻滚至12点位置来标定陀螺的零偏、标度因子和安装误差矩阵;最后,利用SIMU框架坐标系为桥梁,实现了加速度计和陀螺参数坐标系的统一。仿真分析表明:该方法能有效抑制转台误差对SIMU标定结果的影响,当转台各轴系垂直度误差为角秒级且角位置误差小于1'时,加速度计和陀螺的标度因子相对误差和安装误差矩阵的标定误差均小于10-5,加速度计零偏的标定误差小于10g ,陀螺零偏的标定误差小于0.01（）/h与测量噪声处于同一数量级。     

激光陀螺捷联惯性导航系统IMU误差标定

针对激光陀螺捷联惯性导航系统惯性测量单元(IMU)误差标定对转台精度、基座对北和调平要求较高,以及系统工作时激光陀螺抖动、长时间工作温度升高、算法复杂等因素,提出了以速度为观测量,采用以最小二乘拟合法的系统级标定法。通过三轴转台多位置测量：静止 转动 静止,快速辨识三轴激光陀螺和三轴加速度计正交安装误差、传感器零偏、刻度因子等24个误差参数,整个标定过程时间约2 h,多位置对准航向、横滚、俯仰测试精度优于0.012°。实验表明,采用该方法算法简单,操作过程便捷,可以有效提高激光陀螺捷联惯性导航系统IMU精度。     

基于半参数回归模型的微陀螺仪温度补偿技术

设计了一种基于半参数回归模型的微陀螺仪温度补偿方法.针对微陀螺仪启动时受温度变化影响明显、角速度输出误差较大的问题,提出对于温度的补偿不仅要考虑趋势项,而且要估计模型误差.建立了温度补偿的半参数回归模型,采用补偿最小二乘进行求解.实验结果表明,对于某型微陀螺仪采用温度补偿的半参数回归模型是可行且有效的,相对于常规的多项式拟合方法,补偿后的信号噪声降低了1个数量级,优于0.005 (°)/s,从而有效缩短了陀螺仪启动稳定时间.