双频率调制谐振式光纤陀螺谐振谷分裂现象研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是利用光纤环形谐振腔的Sagnac效应实现对转动角速度检测的一种高精度惯性传感器件.双频率锯齿波组合调制技术可应用于谐振式光纤陀螺数字处理系统.实验发现,在基于双频率锯齿波组合调制技术的R-FOG系统中,对激光器输出光频率进行扫描时,在示波器上观察到光纤环形谐振腔的谐振曲线会分裂成两个谐振谷.利用频谱分析与光波场叠加原理相结合的方法对光纤环形谐振腔的输出光场进行了具体推导和仿真分析,并对谐振谷分裂现象的物理原因作了解释.仿真分析发现,光纤环形谐振腔的谱线宽度越窄或两个锯齿波组合调制频率相差越大,谐振谷分裂现象越明显.最后对这种谐振谷分裂现象进行了具体测试,实验测试结果和理论分析结果一致.     

基于FPGA的数字式电容检测系统

基于微机械工艺制作的加速度计,广泛采用差动结构电容变化来反映被测量的方向和大小。近年来针对该需求研制了检测微小电容变化的电路。采用基于FPGA实现的数字式电容检测系统,具有高精度和稳定度,对寄生电阻、电容不敏感,并直接采用数字接口输出。它检测电容变化范围为±2pF,电容检测分辨率可达到0.115fF。将系统连接到灵敏度为1.056pF/g的加速度计后,可以测量的加速度分辨率为0.107mg,对应的动态范围为4.0×104。     

采样时钟抖动对伪码测距精度的影响

在皮卫星的伪码再生测距中,大量采用数字信号处理技术.而皮卫星体积小、功耗低特点决定只能采用较低指标的晶振源和简化的处理电路,两者带来的A/D采样时钟抖动会影响伪码跟踪环的跟踪性能,进而降低测距精度.分析了A/D采样时钟抖动在伪码测距处理过程中的噪声模型,并对码跟踪环的跟踪性能的影响进行了分析,仿真结果显示A/D采样时钟抖动、采样位数和中频共同作用影响伪码测距精度.     

电容式力平衡加速度计的设计

电容式微机械加速度计是一种将加速度转换成差分电容、通过检测差分电容的变化来检测加速度大小的一类高精度的惯性传感器.利用开关电容电路实现C-V变换,利用反馈静电力实现力平衡闭环控制,设计了一种电容式微机械加速度计.通过构建电容式加速度传感器及外围电路的数学模型,推导了闭环工作的系统函数.并对实际系统进行研制,最后给出了整个系统的测试结果.     

皮卫星系统中图像传输的扰码应用

解决了在皮卫星系统中,图像传输过程中由于连零过多导致相位漂移,甚至失步导致恢复图像时出现误码,使图像较黑的部分出现模糊的现象.在FPGA的基础上应用扰码和解扰对图像数据进行处理,使传输的数据连零较少,减少误码,使图像得到明显的改善.     

面向皮纳卫星姿态确定的MEMS陀螺磁强计组合滤波系统

针对难以配置高精度部件的皮纳卫星姿态测量系统,当卫星处于阴影区或任何太阳敏感器不可用的状态下,MEMS陀螺与磁强计的组合便成为卫星在轨姿态测量精度的重要保障.本文基于MEMS陀螺与磁强计的低功耗、全轨、全天时、最小姿态敏感组合,提出一种适用于皮纳卫星在轨运行的滤波系统方案.该方案通过滑窗ARMA建模降低陀螺随机噪声的影响,并由姿态滤波器估计所得的零偏在线去除陀螺常值分量,以保证其建模的长期有效性.本文以浙江大学皮星二号卫星搭载的敏感部件以及姿态测量算法为研究基础,结合在轨实测数据,仿真对比表明,该系统方案有效降低了陀螺随机噪声,抑制比达50％以上;陀螺零偏估计精度提高310％,可达到0.001°/s;姿态确定精度提升190％,可达1.2127°.该系统方案是对皮纳卫星姿态确定最小系统精度提升及实用方案设计的有益探索.     

面向微小卫星的星敏感器研究

研制了一款新型面向微小卫星的星敏感器,采用商用器件构成以满足微小卫星对小型化的要求.星敏感器由工业镜头、DSP、低功耗CPLD和灰度型CMOS图像传感器组成.为进一步提高测量精度以满足卫星的需求,针对星敏感器的成像模型进行了分析,并用恒星校准的方式补偿了光学参数;对恒星处理算法进行了分析,在图像处理环节特别地采用了中值滤波技术,解决了孤立脉冲噪声对星点提取的影响.基于地球自转的星座跟踪实验表明,所研制的星敏感器样机欧拉角回归标准差为30″,已可实际应用于微小卫星平台.     

应用于皮卫星的地球磁场测量系统设计

设计了一种应用于皮卫星的地球磁场测量系统.分析了影响所设计磁强计测量准确度的各种因素,并通过置位/复位脉冲、信号处理电路以及电桥补偿的方法提高其准确度.为了测试地球磁场的真实大小,对磁强计进行了标定因数校正实验.考虑到皮卫星运行的复杂环境,对该系统进行了动态响应实验.实验结果表明设计的磁强计准确度高,测量误差(1σr)...     

采用恒频参量激励的微机械陀螺驱动控制方案

提出一种基于恒定谐振频率和参量激励的微机械(MEMS)陀螺驱动控制方案. 该方案利用三角形栅极电容实现,使得陀螺驱动谐振频率和品质因子在环境波动下保持恒定,改善陀螺的温度敏感性. 介绍基于三角形栅极电容的频率调谐和参量激励理论,提出并实现新型恒定谐振频率和参量激励驱动方案. 仿真结果表明,对陀螺驱动模态的实时调谐使得谐振频率恒定;参量激励实现了对驱动模态的稳幅控制. 实验结果表明,该方案测得的陀螺的Allan方差偏置不稳定性为1.69°/h,优于传统方案;降温过程中零偏温漂相比传统方案减小了50%.     

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．