谐振式光纤陀螺的系统分析

采用矩阵法从理论上推导了偏振误差所引起的陀螺零漂,利用计算机仿真进行了理论验证;其次针对谐振式光纤陀螺系统光源的选择进行分析,并通过实验验证光源线宽对光纤环谐振曲线的影响;最后,分析了光纤陀螺的检测方案以及光纤陀螺的发展趋势.从噪声因素、器件选择以及信号检测几方面对谐振式光纤陀螺系统进行分析,为谐振式光纤陀螺系统的构建提供了理论及实验基础.     

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。     

基于谐振式光学陀螺的RS422传输系统设计

为实现谐振式光学陀螺中现场可编程门阵列（FPGA）主控芯片与上位机之间的数据传输需求,便于实时调整陀螺的各项参数、优化陀螺的工作状态。该文采用全双工通信RS422串口与USB接口实现了基于FPGA的谐振式光学陀螺数字检测系统与MATLAB上位机的连接。在分析了陀螺的工作原理的基础上,重点开展了RS422串口在陀螺系统中的软硬件和上位机通信功能设计。实验结果表明,该数据传输系统工作稳定,灵活可靠,能较好地实现谐振式光学陀螺与MATLAB上位机间的数据传输。     

基于双频锁定的谐振式微光陀螺背散噪声抑制

经过十余年的发展,谐振式微光陀螺(RMOG)系统中的光学噪声依旧是制约陀螺输出精度的重要因素,其中背向散射噪声是谐振式微光陀螺系统中的主要光学噪声之一。本文首先分析了背散噪声产生机理,建立了谐振式微光陀螺系统背散噪声数学模型。其次,利用不同频率激光,将CW与CCW光路中的背散噪声与反向光信号的相干噪声信号移频至高频段并滤除,实现背散噪声抑制的方法。并利用双激光器双频锁定的方法进行了验证。实验结果显示,谐振曲线中背散噪声被有效抑制,从而使谐振式微光陀螺系统锁频精度提高了5倍,锁频精度达到6 °/h。     

MEMS半球谐振陀螺的角速度积分及其FPGA设计

微电子机械系统(MEMS)半球谐振陀螺是MEMS微陀螺领域的研究热点,能工作在角速度积分模式下,具有体积小、质量轻、功耗低、成本低、对称性高、Q值高,以及精度高等优点.文章给出了一种微型半球谐振陀螺的结构,研究了其工作原理以及检测方法,设计了一种数字式MEMS半球谐振陀螺仪的角速度积分工作模式方案及其FPGA实现方法,以完成目前MEMS半球谐振陀螺的角速度积分模式的控制与检测工作.     

基于固定频率激光器的低成本闭环谐振陀螺系统仿真

提出了一种使用固定频率窄线宽激光器作为干涉光源的闭环谐振式光纤陀螺系统.该系统利用相位调制器对干涉光进行移频控制,完成对谐振腔逆时针方向谐振频率的跟踪和锁定.建立了陀螺系统Simulink模型并仿真研究了不同速率点下的陀螺输出特性,结果表明,±200(°)/s速率范围内逆时针谐振频率锁定时间小于15 ms,陀螺标度因数非线性为2.41×10-4.与采用传统频率可调谐窄线宽激光器的闭环谐振式光纤陀螺系统相比,两者锁频时间和标度因数非线性基本一致.该研究为低成本闭环谐振式光纤陀螺系统的实现提供了理论和数据支撑.     

压电半球谐振陀螺的数字检测方法

提出了一种压电半球谐振陀螺的数字检测方法。该检测方法基于Cyclone IV FPGA开发板,结合AD9226的A/D采样功能和Matlab的数字信号处理能力,实现了对采用压电效应、柯氏效应的压电半球谐振陀螺的输出信号进行采集及检测。介绍了该陀螺的结构和工作原理,并以其工作在89.4 k Hz的体声波二波腹模态下的仿真结果为基础设计了数字检测方法。     

谐振式光纤陀螺调相检测分析

谐振式光纤陀螺（R—FOG）是新一代惯性旋转传感器的代表。在陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率，而解调曲线的优化能够进一步提高检测系统的灵敏度。利用贝塞尔函数展开和光波场叠加的方法分析了谐振式光纤陀螺调相检测系统解调输出信号与谐振频率偏差之间的关系，系统采用的是带有铌酸锂相位调制器的相位谱检测技术。根据解调输出信号的解析表达式，通过数值计算，分析了解调曲线的变化规律，得到了施加在铌酸锂相位调制器上调制波形的最佳调制系数和相应的最佳调制频率范围，并进一步用实验系统验证了上述分析结果。     

谐振腔光纤陀螺信号检测方法的研究

谐振腔光纤陀螺(R—FOG)是利用光学Sagnac效应实现对转动检测的一种高精度的惯性传感器件。在谐振腔光纤陀螺系统中，信号检测系统占有非常重要的地位，其检测精度的大小直接影响陀螺的分辨率。光纤环形谐振腔是谐振腔光纤陀螺的核心敏感部件。采用两种频率的锯齿波组合调制，考虑激光器有限光谱线宽条件下，采用洛仑兹线型描写光纤环形谐振腔的输出光强表达式。针对输出光强与谐振频率偏差在靠近谐振点附近的近似线性关系，利用多次反馈频率操作来依次跟踪谐振腔光纤陀螺顺时针和逆时针光束的谐振点，从而避免了谐振频率偏差复杂的求根算法。仿真结果表明，多次反馈频率操作，可以较快地锁定到谐振点。     

一种新型三自由度谐振式MEMS陀螺

针对谐振式MEMS陀螺检测带宽与检测灵敏度相矛盾的问题,根据两质量块谐振器具有对机械位移放大的特点,提出了一种新型结构的谐振式MEMS陀螺,采用单自由度驱动、双自由度检测,驱动模态谐振频率落在检测模态两个质量块谐振频率叠加形成的平坦区域内,有效增加了陀螺检测带宽,提高了陀螺的抗干扰性能。建立了新型谐振式MEMS陀螺结构动力学模型,对陀螺结构进行有限元仿真分析,在常压环境下对陀螺结构进行测试。结果表明,该结构有效增加陀螺检测带宽,改善了陀螺的抗干扰性能,克服了由于工艺加工精度不足带来的陀螺结构不对称所引起的误差,降低了对加工工艺和加工精度的要求。     

全数字化激光陀螺控制系统设计

提出全数字化激光陀螺控制方案,并实现了全数字控制的激光陀螺——数字陀螺。对比分析了正在使用的模拟控制激光陀螺和数字激光陀螺原理及结构,介绍了数字陀螺的优点和关键技术,给出了抖动驱动为脉宽调制方式实现的波形图和数字陀螺图形化测试数据。实验结果表明,数字陀螺符合激光陀螺发展方向,提高了调试和生产效率,简化了对导航系统的设计和调试要求。     

静电陀螺监控器陀螺控制信号自动化检测系统设计

静电陀螺监控器的陀螺控制信号是监视和判断该设备是否成功启动的关键因素。目前该设备启动相关的陀螺控制信号均为模拟信号,以手动操作和人工判断为主,存在较大的误差,影响设备启动的可靠性。针对上述情况,基于虚拟仪器技术,设计了一套数字化的陀螺控制信号的自动检测系统。该系统信号判断精确,自动化程度高,改进了以往模拟信号检测存在的不足,提高了静电陀螺监控器启动相关陀螺控制信号的准确性,确保了设备启动的可靠性和成功率。     

光纤陀螺中的关键技术分析

光纤陀螺作为一种新型的陀螺,正逐渐成为捷联惯导系统中最重要的传感器件.简要论述了光纤陀螺的基本原理和工作过程,并对光纤熔接技术、光纤绕制技术、误差检测和补偿技术、系统动态误差补偿技术、光源以及噪声抑制技术、集成光学芯片技术、数字信号处理电路等关键技术作了详细分析.     

数字调制谐振式光纤陀螺闭环检测方案的研究

谐振式光纤陀螺是采用环形谐振腔来增强萨格纳克（Sagnac）效应的，其数字闭环检测方案具有动态范围大，灵敏度高的特点。对于双频率数字调制的谐振式光纤陀螺，该文提出了两种基于数字信号处理芯片（DSP）实现的闭环检测方案，并利用Matlab软件对两种检测方案进行了全面的比较。     

一种复合控制器在陀螺稳定平台中的应用

简述了双轴陀螺稳定平台的基本原理和比例、积分、微分(PID)控制方法。针对传统PID控制器在双轴陀螺稳定平台的应用,提出一种模糊决策复合控制方法。该方法在传统的PID控制中加入模糊决策控制,使得PID控制器的调节参数具有模糊自适应性。利用综合数字滤波与估计环节的结果构成前馈控制支路,克服了闭环控制回路中的高增益与稳定性间的矛盾,并在双轴陀螺稳定平台中应用,取得了较好的效果。     

基于加速度回路的天线随动系统控制器设计

为了解决天线随动系统所存在的振颤现象和全数字化实现等问题,介绍了一种基于加速度回路的全数字化天线随动系统控制器,该系统以DSP芯片TMS320F2812为核心控制芯片,采用速率陀螺平台稳定系统、数字PID控制算法和脉宽调制驱动方式,通过引入加速度回路抑制系统的高频振荡,极大地改善了系统的稳定性和动态品质,具有极高的应用价值。     

光纤陀螺标度因数的自标定方法

基于数字闭环光纤陀螺的阶梯波调制原理,该文提出了一种光纤陀螺标度因数的自标定方法,旨在提高光纤陀螺的标定效率。在陀螺的数字信号处理部分即现场可编程门阵列(FPGA)上加入等幅度递增的数字阶梯波信号,通过Y波导改变两光之间的相位差,用这种方法模拟转台角速度的输入,静基座条件下即可拟合标度因数及计算其非线性误差。通过实验验证了光纤陀螺的自标定方法的可行性,并对其适用范围进行研究。     

动载体天线稳定系统

提出了在动载体天线稳定系统中,一种以电子罗盘和角速度陀螺为核心的三轴座架结构的低成本控制系统方案,给出了稳定系统的构成,论述了系统稳定补偿策略,特别提出了对电子罗盘这一关键器件的保精度处理措施。最后对系统抗位置、速度和加速度扰动的能力分别进行了仿真分析,仿真结果表明该稳定系统抗扰动能力强,跟踪误差能达到系统技术要求。     

机载SAR天线稳定平台中的信号采集与处理

机载合成孔径雷达使用陀螺稳定平台使天线在惯性空间保持稳定并跟踪地速方向.稳定平台需要对分别来自于惯导系统,光纤陀螺,光电码盘的指令角、实际角速度、实际角位置信号进行采样.介绍了基于DSP的陀螺稳定平台控制器对上述三组数据进行采样的硬件实现方法.由于测量信号中通常包含有随机噪声,根据三种信号的特点及系统要求分别设计了数字滤波器,对采集到的信号进行滤波处理,使其可作为平台控制器输入的数据.文中所介绍的信号采集与处理办法应用于某机载SAR天线稳定平台中,平台在二维飞行模拟转台上能够完成稳定和跟踪的任务.