气流式惯性组合陀螺的结构及信号处理技术

研究了气流式惯性组合陀螺的结构原理与信号处理技术。采用热敏电阻作为热源和敏感元件,在密闭腔中使气体产生自然对流,用硬件电路和数字化软件补偿技术,将载体姿态信号提取并进行处理。研制出测量范围为±30°/s、非线性度小于1%FS、分辨率小于0.01°/s的气流式惯性组合陀螺。     

石英微机电陀螺的频率干扰特性研究

石英微机电陀螺是一种哥氏（Coriolis）振动陀螺,其敏感芯片采用音叉式结构,工作时音叉处于谐振状态。敏感芯片具有多阶模态,前9阶模态覆盖频率为3~21 kHz。敏感芯片的部分模态易受外部振动影响而导致敏感芯片产生共振,使陀螺产生零位偏移误差,陀螺的零位偏移误差可达0.5 （°）/s。该文分析了敏感芯片模态共振误差机理,提出通过结构错频设计避免外部环境特定频率对敏感芯片的影响,从而抑制了零位偏移误差,零位偏移误差减小到约0.03 (°)/s,提高了陀螺的振动环境适应性。     

一种具有隔振框架的解耦硅微陀螺

提出了一种利用隔振框架解耦的硅微陀螺,其驱动模态和检测模态不仅有各自独立的支撑结构,还有各自独立的惯性质量块,隔振框架隔离了驱动结构和检测结构,减小了模态之间的交叉耦合;利用TMAH湿法腐蚀结合深反应离子刻蚀工艺,在n型〈100〉低阻硅片上制作出了微陀螺样片,并为其研制了配套的测控电路;测试结果表明,驱动模态频率为2.981kHz,品质因子为800,检测模态频率为2.813kHz,品质因子为34,刻度因子为38mV/(°/s),线性度优于0.8%,微陀螺在0.5h内的零偏稳定度为0.28°/s.     

声模式耦合速率陀螺

本文以陀螺仪为目的,描述了声场旋转的惯性效应来确定物体的角速度。我们采用了一种用来增加声质点速度和伴生哥氏力的声共振腔。两个垂直轴模式的“陀螺耦合”在驱动模式和谐振腔旋转产生的模式之间产生。由于过程中包括了粘滞和热力现象,“哥氏声压力源”仅分布于边界层内。计算清楚地表明,它能达到的灵敏度超过0.01°/s。充满空气和调到第一轴模式(0,0,1)的矩形谐振腔可测角速度的范围为0.01—100°/s,不确定性低于0.1°/s,且具有很好的线性度。     

陀螺滤波在改善伺服系统低速特性中的应用

压电陀螺作为陀螺稳定平台伺服系统稳定回路的反馈测量元件,它的输出噪声直接影响伺服系统低速引导情况下的控制精度。抑制陀螺的输出噪声是改善伺服系统低速特性的有效手段之一。提出了一种基于一阶自回归模型的卡尔曼滤波算法,并应用于实际系统中。采用该方法,伺服系统的低速精度指标由原来采用移动平均滤波的0.102 13°/s提高到0.063 03°/s。同时探讨和总结了卡尔曼滤波器在伺服系统中应用的必要条件。实验证明,卡尔曼滤波可以有效地改善伺服系统的低速特性。     

基于开关扩展卡尔曼滤波的姿态估计

针对低成本动中通系统中的姿态估计问题,提出一种开关扩展卡尔曼滤波算法。以 无航向角的姿态更新算法为基础,根据微机械陀螺和加速度计分别建立系统状态方程和测量 方程。针对机动加速度的影响,设计了三维开关扩展卡尔曼滤波方程,对载体姿态角和陀螺 零偏进行实时估计。实验结果表明,该算法能够准确估计载体姿态和陀螺零偏,姿态角估计 误差小于0.5°,俯仰角和横滚角估计误差的方差分别为0.130 1°和0.140 5°, 两轴陀螺零偏误差均值均小于(2×10-4) °/s,能够满足动中通的应用要求。     

光纤陀螺的基本原理

光纤陀螺是工程应用理想的速率传感器,它与机电陀螺和激光陀螺相比,具有体积小、结构可靠、能瞬时启动、贮存寿命长、不需要维护、成本低等优点.因此自七十年代中期犹他州立大学的V.Vali和R.W.Shorthill首次提出光纤陀螺的概念以后,立刻引起了美国、英国、法国、西德、意大利和日本等国家一些大学和科研部门的普遍重视和强烈兴趣.在短短十几年里,光纤陀螺得到了很大发展,角速度测量精度,从最初的地球自转角速率(15°/h)到现在的0.01°/h,提高了三个多数量级.法国汤姆逊公司研究中心实验室,在九年里先后共研制了五代样机,目前的样机水平是:重量170克(直径60毫米高25毫米),采用250米保偏光纤,集成光学分路器,偏振器、超发射二极管(SLD)等.其灵敏度为0.2°—0.1°/h,偏置稳定性为±0.5°/h.目前在     

谐振式光波导陀螺激光双重锁频技术

基于Sagnac效应的谐振式光波导陀螺具有理论精度高及易集成化等特点是导航及制导系统中重要的发展方向。由于波导腔的小型化发展趋势,现阶段光波导腔自由谱宽通常达到GHz以上,并且谐振腔的谐振频率会随温度变化而漂移,因此对激光器调谐范围提出较高的要求。当激光器调谐范围小于谐振腔的自由谱宽时,谐振频率漂移出激光器的调谐范围而导致陀螺失锁;而增大调谐系数时,会造成激光器控制精度的下降,这在陀螺应用中是互相矛盾的。本文提出了一种应用于集成化光波导陀螺样机的半导体激光器双重锁频的方法,解决了光波导谐振腔的失锁问题,并且在保证温度变化不失锁的前提下通过提升激光器控制精度,将锁频精度从7.22°/h提高到2.86°/h,完成了尺寸为Φ18cm×20cm的谐振式光波导陀螺的集成化,其1h长期零偏稳定性为0.0073°/s。     

图片介绍

“海上射手2型”火炮光学指摔仪适用于小型快速舰艇,瞄准视线由陀螺稳定,可连续瞄准360°俯仰角-20～+85°,有精密激光测距器,精密雷达跟踪器;微光电视跟踪器;轻便式红外跟踪器。     

基于FPGA的压电半球谐振陀螺数字测控系统设计

为了控制并提高压电半球谐振陀螺仪的检测精度,采用力反馈模式下的驱动检测方法实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的半球谐振陀螺数字式闭环测控系统,并完成了硬件实现。最后,通过对数字测控系统的仿真和转台测试实验,得到陀螺标度因数为1.428mV/(°/s),验证了此方法的有效性。     

采用数字相位跟踪的光纤陀螺解调方案设计

干涉型光纤陀螺仪是一种基于Sagnac效应测量物体相对于惯性空间旋转角速度的光纤传感器。提出了一种采用数字相位跟踪的方式对光纤陀螺进行信号解调的方案,通过产生一个相位来跟踪旋转产生的Sagnac相移,从而解调出旋转角速度。数字相位跟踪采用坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法实现,占用逻辑资源少且运算速度快。经过在光纤陀螺的数字信号处理系统中进行实验验证,设计的解调方案可以对200°/s以下的转速进行有效解调,标度因数非线性度为1200 ppm,零偏稳定性为0.027°/h。     

大气下工作的微机械陀螺的设计及其噪声特性

设计了一种基于体微机械加工技术的新型音叉式微机械陀螺．该陀螺在驱动模态和检测模态的空气阻尼均为滑膜阻尼，有效提高了微机械陀螺的Q值和灵敏度,同时降低了陀螺的热机械噪声．对陀螺噪声特性进行的分析表明，该陀螺具有相对很低的热噪声．制作了陀螺芯片，并测试了其机械性能和噪声特性．结果表明，该陀螺的噪声谱密度不超过60μV/Ｈｚ1/2，灵敏度为10mV/（°·s－１）．该微机械陀螺有望实现较高的角速度分辨率．     

基于插值法的MEMS陀螺温度补偿方法

温度对微机电系统(MEMS)陀螺零偏影响较大,是影响其测量精度的主要因素之一。该文通过温度循环试验,建立了陀螺零偏与温度间的关系。采用多元逐步回归法和温度分段插值法建立了陀螺零偏温度补偿模型。试验结果证明,两种方法均能准确地反映陀螺零偏随温度变化的情况,且温度分段插值法可以消除明显的趋势项。与多元逐步回归法相比,补偿后全温零偏误差的峰峰值由0.025 (°)/s减小到0.015 (°)/s,全温零偏稳定性由32.9 (°)/h提高到14.2 (°)/h。     

一种解耦硅MEMS陀螺结构优化及性能仿真

以高机械灵敏度为设计目标,对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化,并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析,确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz,机械灵敏度可达0.95nm/(°/s),能够承受500g的冲击载荷,并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。     

舰载气象雷达伺服系统设计实践

本文主要介绍天线口径为1.83米的舰载气象雷达天线伺服系统的设计,重点叙述如何利用速率陀螺克服舰船运动对天线跟踪性能的影响及天线指向稳定方案的实践。     

雷达导引头伺服系统关键技术分析

本文讨论雷达导引头伺服系统的工程实现，通过理论分析证明必须采用速率陀螺代替地面雷达伺服设计中常用的测速电机实现速度反馈环；讨论天线伺服系统的准最优控制技术以及速率陀螺在方位、俯仰通道间的互耦影响，最后讨论伺服系统指标的确立。     

雷达伺服系统船摇隔离度的模拟测试方法

船载雷达伺服系统在跟踪目标的同时,还要消除船体摇摆的影响。利用陀螺稳定回路构成的二轴稳定系统是伺服系统消除船摇影响、保持稳定跟踪的一种有效方法。采用隔离度的概念来衡量伺服系统抵消船体姿态扰动、保持天线指向的能力。文中通过模拟速率陀螺敏感的船摇引起的天线方位或俯仰角的变化速率,叙述一种在地面上进行船摇隔离度的测量方法,并通过计算机仿真说明该方法的可行性。     

再入式集成光学陀螺实验研究

本文在干涉型光纤陀螺 (IFOG)成熟产品模块化结构的基础上 ,提出了无源和有源再入式集成光学陀螺 (IOG)的系统方案。它们在光源、调制器等主要器件上和 IFOG是兼容的。理论分析表明 ,无源和有源 IOG可以分别达到 10 .0°/ h和 0 .1°/ h的精度。     

基于平板电极的半球谐振陀螺全角技术研究

全角模式下的半球谐振陀螺是速率积分陀螺,具有测量范围宽、带宽高和精度高等特点。该文对由谐振子和平板电极组成的两件套半球谐振陀螺的全角模式进行了研究,介绍了全角模式振型控制与信号解算方法;通过FPGA+DSP的构架,实现了全角模式半球谐振陀螺振型控制,并解算了驻波方位角。实验数据证实,研制的两件套半球谐振陀螺样机能够实现速率积分陀螺的功能,测量范围达±400 (°)/s,陀螺最大系统漂移20 (°)/h。相对于力平衡模式半球谐振陀螺,其拓宽了半球谐振陀螺的测量范围,为进一步提升全角半球谐振陀螺的精度奠定了基础。     

机载光电随动伺服系统稳速性能与动态特性优化

为分析某型机载光电随动伺服系统的扫描稳速性能,首先以双惯量模型为基础,介绍了随动伺服系统的工作原理,根据伺服系统实际的机电参数搭建仿真模型。通过运行仿真模型,解析模型的扫描稳速曲线,归纳该系统的稳速性能特征。其次分别定位内外万向架对稳速性能的关键影响因素,使用描述函数法研究了外万向架速度振荡的产生机理。针对内外万向稳速性能影响因素分别给出优化措施,对外万向架采取了力矩均衡式的双电机控制,在无电流环的内万向架速度回路中加入了加速度回路。最后对优化措施进行实验验证,结果显示内万向架在加入加速度反馈后调节时间基本不变,速度调转时最大偏差由108 V减为100 V,内万向架的扰动隔离能力亦有提升。外万向架使用力矩均衡式的双电机控制后,齿隙造成的速度振荡得到了抑制,最大速度误差由04°/s降为02°/s。