谐振式光纤陀螺闭环锁频系统

谐振式光纤陀螺(R-FOG)是基于Sagnac 效应产生的谐振频率差来检测旋转角速率的一种新型光学传感器。利用闭环锁频系统可以减小光纤环形谐振腔受温度、应力等外界环境变化的影响,提高陀螺性能。提出了数字与模拟相结合的闭环锁频系统方案设计,克服了模拟锁频电路带来的电路温漂,采用模拟解调技术来降低了对系统A/D 转换器的转换速度的要求,同时无需对复杂数字解调算法的研究。闭环锁频系统应用于陀螺测试系统中,实验测得10 s时间内的锁频精度为2.15 ()/s。     

光纤陀螺测试系统研究及应用

利用实验手段来建立光纤陀螺的误差模型并对光纤陀螺进行误差补偿是提高光纤陀螺的一种有效手段。根据光纤陀螺的特点,设计了光纤陀螺数据采集系统,并做了静态测试和动态测试,分析了光纤陀螺性能,为光纤陀螺进行误差补偿奠定了基础。     

光纤陀螺温度漂移自适应网络模糊推理补偿

温度漂移是影响光纤陀螺精度的重要因素之一。在对光纤陀螺温度漂移特性进行实验分析的基础上,对零偏温度漂移进行了多项式拟合补偿。为了解决传统曲面拟合方法无法精确描述标度因数温度漂移与温度、转速之间的关系导致其补偿精度低的问题,提出了一种基于自适应网络模糊推理的光纤陀螺温度漂移补偿新方法。该方法基于模糊逻辑,结合最小二乘和误差反向传播混合算法,设计了自适应网络模糊推理系统,从而有效提高了光纤陀螺温度漂移补偿精度。实验结果表明,在-30～60 ℃温度范围和-165～165 （）/s 载体角速率范围,应用新方法对光纤陀螺温度漂移进行补偿,得到的训练误差均方根不超过0.003 （）/s,预测误差均方根不超过0.005 （）/s。     

36维Kalman滤波的激光陀螺捷联惯导系统级标定方法

分析了系统级标定的研究现状,建立了惯导系统误差模型。额外考虑加速度计二次项误差系数与内杆臂参数对系统的影响,提出了一种36维Kalman滤波系统级标定方法。设计了合适的标定路径,建立了Kalman滤波模型。仿真及实验结果表明,激光陀螺和加速度计零偏估计精度分别优于0.001()/h和9 g,标度因数误差估计精度分别优于3 ppm(1 ppm=10-6)和2 ppm,安装误差角估计精度分别优于1和3,二次项误差系数估计精度优于410-10 s2/m,内杆臂参数估计精度优于3 mm,满足高精度惯导系统的标定要求。     

基于遗传算法的柱面光栅测角技术研究

高精度角度测量装置是保证旋转设备精度和性能的关键, 广泛应用于测量跟踪仪器中, 特别是对于大尺寸坐标测量仪器, 测角相比于测距是制约坐标测量精度的瓶颈。在精密一维轴系平台上, 采用高精度柱面光栅及四个读数头构建测角装置, 对传感器本身、安装及轴系跳动等误差因素对测角精度的影响进行了详细分析。基于角度测量标准器具校准角度测量误差, 对误差数据进行谐波分析。基于遗传算法提出了一种参数优化方法, 建立误差补偿模型, 对测角误差进行了补偿。实验结果显示, 补偿后柱面光栅测角误差减少为0.7, 证明了误差补偿算法的有效性, 显著地提高了角度测量精度。     

光纤陀螺随机漂移的补偿方法研究

在研究高精度光纤陀螺时,尤其是在捷联惯性导航系统中,随机误差是光纤陀螺误差中不可忽视的部分,对光纤陀螺随机误差的补偿就显得非常必要.这里基于对光纤陀螺随机漂移建模的方法,首先采用ARIMA方法时光纤陀螺仪随机漂移进行建模;然后采用强跟踪卡尔曼滤波器进行滤波补偿,并利用实测数据进行了实验验证.实验结果证明,这种方法能够较好地补偿光纤陀螺的随机漂移.     

连续旋转型光纤捷联惯导系统角速度误差补偿

旋转调制技术在有效抑制惯性器件漂移的同时,也使测量误差更加复杂,只有对这些误差进行补偿,才能发挥旋转调制的效果。为此分析了光纤陀螺敏感轴与旋转轴间不正交角、旋转轴涡动、时间不同步量、敏感轴间不正交角等误差造成的影响,建立了各自的误差补偿模型,并设计了一种基于单轴转台和单元体自身旋转的误差标定方法。结果显示,温补后的敏感轴与旋转轴之间不正交角标定精度优于0.2″,敏感轴之间不正交角标定精度优于1.4″,时间不同步量的标定精度优于0.06ms,经旋转调制和误差补偿后的等效光纤陀螺漂移由0.050°/h改善至0.015°/h。为低成本高精度惯导系统的实现建立了基础。     

弹载俯冲前斜SAR目标测角及精度分析

根据弹载俯冲合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像原理，提出了目标的SAR测角算法，并仿真分析了弹载SAR成像目标定位和测角误差。前斜角、高度误差和多普勒测量误差对测角影响很大，姿态角误差会影响最终的测角误差。SAR测角精度是影响导弹末制导的关键，需要对系统各项误差项进行约束控制。提出的SAR目标测角算法及测角精度仿真分析结果可为导引头系统设计提供参考。     

光纤陀螺的角加速度误差分析与实验研究

角加速度误差是光纤陀螺的一项动态误差,该误差会引起光纤陀螺捷联惯导系统的姿态误差,制约捷联惯性导航系统在高动态应用条件下的精度。针对这种情况,在光纤陀螺闭环控制模型的基础上建立了闭环光纤陀螺的角加速度误差模型,并分析了影响角加速度误差的几项重要因素,包括控制回路总增益及控制周期等;随后给出了减小该误差的方法。基于等效输入原理,通过在反馈阶梯波上叠加斜坡信号,分别在不同条件下对闭环光纤陀螺的角加速度误差进行了测试实验。实验结果表明,不同角加速度和控制回路总增益条件下的角加速度误差测试值与理论计算值基本一致,验证了该误差模型的正确性。     

陀螺稳定平台神经网络滑模变结构控制

主要针对陀螺稳定平台的单轴控制系统的快速性和鲁棒性进行研究。采用滑模变结构与神经网络结合的方法对陀螺稳定平台进行控制。由于传统滑模变结构方法的模型估计不准确,会导致抖振问题。提出了采用RBF神经网络逼近模型未知部分的神经网络滑模变结构控制方法。实验证明,采用该方法可以有效提高系统的快速性和鲁棒性。针对陀螺稳定平台单轴控制系统,该方法对角位置跟踪的时间为0.3 s,角速度跟踪时间为0.6 s。其中,角位置跟踪的最大误差为0.007 3,且在1 s时,误差收敛到零的一个邻域内。     

精确模型辨识的光电平台自抗扰控制器

针对实际工程中的复杂光电平台对控制精度要求越来越高的需求,提出一种依据系统精确模型辨识方法的自抗扰控制器设计方法。考虑机械谐振和摩擦因素,建立光电载荷控制系统精确数学模型,并根据系统输入输出特性辨识系统的数学模型参数,在所辨识模型的基础上设计自抗扰控制器。以某型光电跟踪平台为例,设计了4阶跟踪微分器,5阶扩张状态观测器和非线性状态偏差反馈控制律组合的自抗扰控制器。在Matlab/simulink中建立系统仿真平台,对PID控制器和自抗扰控制器进行仿真对比,结果表明,采用自抗扰控制器的系统超调由1.8%减小到0.9%,系统最大跟踪误差由0.03（）/s减小到0.013（）/s,超调更小,响应时间更快,抗扰动能力更强。     

基于球心拟合的多边激光跟踪系统自标定方法

随着大尺寸工件和设备的制造加工以及装配的精度要求提高,对工件加工装配过程进行测量的测量系统精度要求也有所提高。多边法激光跟踪三维坐标测量系统只利用距离测量数据解算空间点坐标,能够避免激光跟踪仪角度测量带来的误差。文中提出了一种通过在跟踪仪测头挂载夹具进行球心拟合来获取跟踪仪测量原点的方式进行系统自标定,并辅以移站的方式,可使用两台激光跟踪仪构建四站多边法激光跟踪三维坐标测量系统。另外,文中还尝试了三站系统的构建。实验证明,四站系统将对标称长度1000.943 mm位于约20 m处的标准尺长度测量误差由最大110 μm减小至28 μm,三站系统将对标称长度969.045 mm位于约7.5 m处的标准尺长度的测量误差由最大67 μm减小至21 μm,相较于单台跟踪仪提高了精度,相较于传统多边系统降低了测站数量和成本,能够在工业现场实现高精度三维坐标测量。     

基于ESO的导引头稳定平台双积分滑模控制

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能,提出了一种基于扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）的双积分滑模控制器（Double Integral Sliding Mode Controller,DISMC）。首先,采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计;然后,采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪,同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响;最后,采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明,与传统基于扰动观测器（Disturbance Observer,DOB）的PI控制方法相比,跟踪3（）/s的梯形波时,在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms,跟踪误差标准差提高了0.0131（）/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin（t）、3sin（5t）、7sin（2t）时,系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%,表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。     

面向特大齿轮的激光跟踪测量精度提升方法

为实现特大齿轮激光跟踪测量精度的提升,采用激光跟踪仪与柔性关节坐标测量臂相结合的测量方式,建立了基于激光跟踪多边测量方法的特大齿轮组合式测量网络。采用柔性关节坐标测量臂蛙跳技术确定激光跟踪仪全局坐标系与柔性关节坐标测量臂坐标系之间的坐标转换关系,实现不同站位下测量臂测量数据的空间配准。引入激光跟踪仪多边测量方法,摒弃其角度测量模块,建立激光跟踪多边测量位置参数标定模型,通过测量冗余数据并对其进行L-M优化迭代,以提高激光跟踪仪的全局控制精度。对建立的组合式测量网络进行仿真实验,分析对比测量数据,组合式测量网络的测量误差平均值为0.007 mm,误差标准差为0.004 mm,相同条件下,使用激光跟踪仪直接测量方法的测量误差平均值为0.044 mm。仿真实验分析表明,该方法显著提升了测量精度,满足了特大齿轮现场齿形测量的要求,具有较好的理论与工程应用价值。     

星载光电复合轴跟踪控制技术研究

将两轴光电跟踪仪搭载于卫星平台对空间运动目标进行持续跟踪监视正在成为一个研究热点,目前这类系统有天基空间目标监视系统(SBSS)、空间跟踪与监视系统(STSS)和持续跟踪与监视系统(PTSS)。为了解决天基目标监视中星载动基座情况下的光轴稳定跟踪控制技术,首先简化了星载光电跟踪控制系统的物理模型,然后求解了太阳同步轨道附近两卫星的相对运动角速度和角加速度大小,接着分析了基于光电复合轴方式的主动稳定跟踪控制方案和原理,最后建立了单轴系的星载光电复合轴跟踪控制系统仿真模型,计算结果为:对相对机动范围内(37.68 ()/s、47.33 ()/s2)的空间目标和相对低匀速范围内(0.1 ()/s)的空间卫星的稳定跟踪精度为2.5。     

卫星光通信终端CCD成像光斑弥散圆尺寸选择

利用CCD对自由空间传输的激光进行成像,可得到入射光束的角度信息以实现对发射光束的控制。卫星光通信中,提高对入射光束角度偏差实时测量的精度,可以有效地提高终端的光束跟踪性能,进而有效地保持激光链路的稳定。通过分析角度偏差检测原理,建立了卫星光通信中跟瞄装置测角性能分析模型。分析了测角精度与CCD成像光斑弥散圆尺寸之间的关系,并通过模拟实验进行了验证。结果表明,在卫星光通信系统设计中,综合考虑测角精度要求、终端功耗限制等因素,选择CCD成像光斑相对尺寸在2到3之间为最佳。     

水下目标运动测量系统误差分析

针对图像声纳测量运动目标的定位算法原理,利用误差分析和传递理论对测量系统的定位误差进行分析,提出了声纳跟踪目标的误差传递模型。分析了在给定最大系统测量误差条件下位置误差服从的分布规律,通过仿真计算给出了直接测量参数数据精度对目标定位精度的影响,验证了所提出的误差分析方法可以有效地对声纳跟踪水下目标系统误差进行定量分析。为声纳系统的性能论证提供了一种指标,同时也为测量系统的方差分析提供了一种有效方法。     

基于DSP和FPGA的望远镜伺服控制系统设计

针对交流永磁同步电机驱动的大型望远镜的高精度、低速平稳运行问题,研制了一套基于浮点数字信号处理器（DSP）和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的驱动控制器。该控制器以DSP 作为主控制器,FPGA 作为协控制器,主控制器完成控制算法、接受指令等功能,协控制器实现PWM 产生、电流采集、速度检测等功能。根据永磁同步电机矢量控制原理建立了永磁同步电机的数学模型,进行了永磁同步电机控制器的硬件设计;在硬件设计的基础上,采用自适应PI 对望远镜的低速控制性能进行了研究。实验结果表明:当望远镜以32.4 （）/s 匀速运行时,速度波动范围为0.648 （）/s;当对望远镜做最大速度为1（）/s,最大加速度为1（）/s2 的正弦引导时,最大引导误差为9.72 ,引导误差RMS 值为3.24 ;该驱动控制系统能够实现望远镜的低速平稳运行,满足大型望远镜伺服控制系统的性能要求。     

机载光电稳瞄平台的线性自抗扰控制

为了提高机载光电稳瞄平台的抗扰动能力和动态响应特性,在平台上进行了基于线性自抗扰控制的改进控制方法研究。改进的线性自抗扰控制器采用模型辅助的降阶线性扩张状态观测器以及采用系统输出量和输出量微分来产生控制量,不仅可以减小观测器的相位滞后和观测负担,提高观测器对扰动的估计能力,还可以减小观测器滞后和估计误差对控制律的影响。仿真实验结果表明:改进的线性自抗扰控制器在低中频段具有更好的频域特性,阶跃响应实验中表现出更好的动态响应特性,在系统输入为零的条件下,给系统施加幅值为、频率为2.5 Hz的正弦波力矩扰动和正弦波角速度扰动,基于线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.175（）/s与0.566（）/s,基于改进的线性自抗扰控制器的系统输出残差峰值分别为0.155（）/s与0.030（）/s,实验结果验证了改进方法的有效性。