2012年, 第11卷, 第2期　刊出日期：2012-05-05

  

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系统与应用
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  单轴旋转式光纤陀螺惯导系统误差特性研究

  周斌, 王巍, 蔡春龙

  导航与控制. 2012, 11(2): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.001

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  通过对单轴旋转式光纤陀螺惯导系统误差特性进行研究,从理论上分析了旋转对系统中各个误差因素的影响。由分析结果知旋转调制对光纤陀螺输出的高频随机噪声不具有补偿效果;陀螺安装误差对导航系统精度的影响主要表现为与旋转运动之间耦合产生的周期性误差;由于单轴旋转需要引入规律性的旋转运动,不恰当的旋转方式会导致系统误差的放大。最后对以上结论进行了仿真研究和试验验证。
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  航空惯性稳定平台的框架刚度及模态分析

  郎跃东, 刘少鹏, 高强, 丁祝顺

  导航与控制. 2012, 11(2): 9-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.002

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  在航空惯性稳定平台的框架结构设计中,采用ANSYS有限元软件对其结构进行了刚度和模态分析,得到了大载荷作用下的应力、应变分布及模态特性,并根据分析结果对其结构进行了优化设计,以满足稳定平台的控制精度要求。分析结果表明,优化后的框架结构刚度得到了大幅的提高,同时其动态特性也得到了有效的改善。从而验证了在稳定平台设计中进行工程力学分析的必要性和合理性,为航空惯性稳定平台的设计提供理论依据。
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  基于重力梯度测量系统的组件结构模态分析

  胡延祯, 李海兵, 马杰, 董彪, 韩军海

  导航与控制. 2012, 11(2): 13-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.003

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  在重力梯度测量系统设计过程中,对重力梯度旋转平台中仪表的位置特性有严格要求。按照传统的设计流程,等到结构件设计、安装完毕再进行振动试验能充分反映结构的真实位移,但是会消耗大量的时间及人力成本,效率较低。对此,本文采用数值模态分析方法在实际生产之前对整体结构进行了较为详尽的有限元分析,计算出了前十阶模态频率和振型,并且检验了结构设计中的刚度问题。对样机结构进行修改,从而保证了一阶主频率达到539.74 Hz。对整体结构的模态分析为重力梯度旋转平台工程样机的研制奠定了基础。
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  高码率导航电文引起的跟踪环路失锁及其解决方法

  张帆, 罗兵, 王安成, 胡小平

  导航与控制. 2012, 11(2): 17-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.004

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  卫星信号的多普勒频移会引起导航数据跳变点在1ms中频采样数据中的相对位置发生滑动,当跳变点处于采样数据段的中间位置时,相关器输出接近于零,造成环路失锁。本文在详细分析这一问题的基础上,针对“北斗II”信号提出了一种改进的环路跟踪方法。新方法通过在连续的两段1ms数据中找出不包含数据位跳变点的数据段,将该段数据的鉴相结果用于2ms环路更新。仿真和GNSS模拟器的实验验证了该方法的有效性。
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  单轴旋转惯导系统误差特性分析

  彭俊文, 杨孟兴, 徐兵华, 李亚鹏

  导航与控制. 2012, 11(2): 21-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.005

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  旋转调制技术能够抑制陀螺和加速度计的误差,提高惯性导航系统的导航精度。从捷联惯导系统的误差方程出发,推导出了单轴旋转惯导系统的误差传播方程,在此基础上分析了旋转调制的基本原理。分别对陀螺和加速度计常值偏差、标度因数误差、安装误差和转台安装误差等在旋转调制下的影响进行了研究,仿真分析了旋转调制提高系统导航精度的作用,最后在实验室条件下做静止导航实验进行了验证。研究的结果能为单轴旋转惯导系统的研究和开发提供一定的理论参考。
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  改进的SURF算法及其在电视制导中的应用

  刘少鹏, 陈浩, 卢磊, 丁祝顺

  导航与控制. 2012, 11(2): 26-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.006

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  针对电视制导应用,提出了一种改进的SURF特征描述子目标跟踪算法。首先对SURF特征描述子的生成过程进行了改进,利用三角特征和对角特征设计了改进的SURF特征描述子,在保证区分能力的基础上提高了运算速度;基于SURF特征点匹配,设计了电视制导的匹配跟踪策略。仿真试验证明,基于改进SURF特征描述子的跟踪算法满足电视制导需求,同时运算速度达到了26f/s,比改进前提高了一倍以上,满足实时性要求。
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  目标短时遮挡下的光电平台目标跟踪预测与控制

  张巍, 闵跃军, 丁祝顺, 蒋鸿翔

  导航与控制. 2012, 11(2): 31-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.007

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  无人机在高空飞行并跟踪地面目标的过程中,当目标受到障碍物遮挡,会导致跟踪失败。本文建立了目标相对无人机的运动模型,设计了基于卡尔曼滤波的目标预测器,并在目标遮挡发生时利用目标角位置预测值以及姿态锁定回路实现了对目标的预测跟踪。本文运用相似性原理设计了室内目标跟踪场景。仿真和试验证明,本文所设计的预测器能较好的预测目标角位置,与控制回路相结合能克服短时间的目标跟踪丢失。
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  动基座下INS/GPS组合导航系统初始对准研究

  季超, 杨晓东, 刘洁

  导航与控制. 2012, 11(2): 37-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.008

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  为了提高INS/GPS组合导航系统在动基座下的对准精度及对准快速性,针对位置/速度组合模式,确定其动基座下初始对准卡尔曼滤波方案,并进行计算机仿真。仿真结果表明,卡尔曼滤波算法在INS/GPS组合导航系统动基座初始对准中精度较高、收敛速度快、对水平失准角有较好的估计效果,是一种有效的估计方法。
仪表与电路
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  基于FPGA的半球谐振陀螺频率跟踪技术

  姜庆安, 吴文启, 罗兵, 王旭, 李云

  导航与控制. 2012, 11(2): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.009

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  半球谐振陀螺谐振频率的跟踪精度与稳定性很大程度上决定了陀螺的性能。通过分析半球谐振陀螺的频率特性以及锁相环基本原理,设计了基于锁相环的半球谐振陀螺频率跟踪方案,并用FPGA进行全数字化实现。半球谐振陀螺采用真空封装,内部温度难以测量,然而其谐振频率与温度具有很好的线性相关性,因此可采用谐振频率对陀螺温度进行测量。传统的频率跟踪方案一般采用模拟锁相环实现,其缺点是频率值隐含于输出的正弦波中,无法供后继测量模块使用,本文所设计的FPGA全数字方案可弥补这一缺陷。根据陀螺谐振频率与温度之间的关系,给出了利用跟踪频率测温的分辨率公式并进行了相关实验。实验结果显示,谐振频率为4440Hz时频率跟踪稳态相对误差可达10^－7量级,利用跟踪频率测温的分辨率可达0.0042℃。
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  光纤陀螺的热漂移研究

  范奎武

  导航与控制. 2012, 11(2): 46-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.010

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  本文研究由温度不稳定性引起的光纤陀螺热漂移问题,并以热和光弹性边值微分问题数值解为基础创建了数学模型。应用这种数学模型,通过数值计算的方法,可以评估降低光纤陀螺热漂移的设计方案。文中最后给出了验证所介绍方法的试验例子。
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  基于Labview的谐振式微光学陀螺锁频环路设计

  张仰成, 郅银周, 马迎建, 冯丽爽

  导航与控制. 2012, 11(2): 49-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.011

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  谐振式微光学陀螺(RMOG) 是通过检测基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速度的一种新型光学传感器。针对RMOG检测电路信号质量差、功能单一,无法兼容不同光路结构的问题,提出了基于虚拟仪器的RMOG数字控制方案,利用Labview编程的灵活性,完成了锁频环路的设计并进行了实验验证,实验结果表明1h陀螺锁频精度为0.03°/s。1h的输出精度为1.4°/s。
元器件技术
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  捷变频磁控管用高频直线振荡电机设计

  郝永勤, 王丽, 兰燕

  导航与控制. 2012, 11(2): 54-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.012

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  捷变频磁控管的快速捷变特性取决于驱动电机的性能,要求电机功耗小、体积小、效率高,能实现高频稳幅直线振动。文章介绍了音圈直线电机、电磁开关式直线电机和电磁混合式直线电机等三种方案,通过对其工作原理和性能特点分析,确定了音圈直线电机驱动方案,进行了电磁场仿真分析和电磁参数设计,进行了样机试验测试。结果表明,设计的音圈直线电机体积小、重量轻、功耗低且驱动力大,响应频率高,能够满足捷变频磁控管的驱动要求。
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  三轴气浮陀螺稳定平台电子模拟器设计

  王启沛, 刘斌, 张云, 吴又美

  导航与控制. 2012, 11(2): 58-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.013

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  介绍了一种三轴气浮陀螺稳定平台地面测试用电子模拟器的设计方法。针对气浮平台地面测试的应用特点进行数学建模,采用以单片机为核心进行模拟器综合设计,解决了气浮平台地面测试过程中各种输出信号的实时模拟问题。实际应用表明:这种电子模拟器具有使用方便、稳定性好、寿命长的特点,能够代替气浮平台参与系统综合测试,不仅减少了平台使用寿命的消耗,而且显著降低了系统测试过程中故障复现与排除试验的风险。
材料与工艺
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  电机定子装配应力研究

  陈小勇, 郑涛, 张宇程

  导航与控制. 2012, 11(2): 62-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.014

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  电机定子在装配应力作用下出现开裂现象,这是导致其装配合格率低的主要原因。本文通过对影响定子开裂的因素分析,从电机定子的结构特性、整形方法、灌胶温度等方面开展研究,总结出了降低装配应力的关键工艺方法,提高了电机定子验收合格率。
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  基于厚片光胶法的石英挠性加速度计摆片光学冷加工

  陈婧, 熊巍, 刘海燕, 王晓东, 常江

  导航与控制. 2012, 11(2): 65-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.015

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  本文介绍了一种基于厚片光胶的高精度石英挠性加速度计摆片光学冷加工制备方法。现有的主流加工方法一般采用厚度为1.1mm的薄片进行后续加工。在单面环抛机结合光胶工艺的加工方法中,这种厚度的原料片使得成品石英光片在最终下盘时的面型不够理想, 从而影响装配成表的精度。基于此,本文提出了厚片光胶法,运用片厚1.8mm的光片进行后续加工,并在加工过程中增加了一次释放应力加抛光片修饰面型的工序,较好地改善了成品光片的面型。改进工艺后制备所得的光片下盘后光圈数从改进工艺前的2~3个减少为小于1个。作为高精度石英加速度计的关键零部件,改善面型后的光片更好地满足了成表的精度要求。
测试技术
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  双轴转台误差对IMU标定精度的影响分析

  贾明, 王振飞, 晁代宏

  导航与控制. 2012, 11(2): 68-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.016

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  转台误差影响惯性测量组件标定精度,从某种意义上讲,标定的精度就直接决定惯性器件的使用精度。研究双轴转台水平误差及非正交误差对标定结果的影响。首先,建立标定模型以及转台误差模型,通过余弦矩阵将转台误差引入标定模型中,从理论上分析了转台误差对加速度计及陀螺标定精度的影响,最后进行了仿真分析。分析表明:转台水平误差对加速度计及陀螺的标定系数的影响较小,可以忽略;而转台非正交误差对加速度计和陀螺标定影响较大,特别对加速度计和陀螺安装误差系数影响较大,能够导致同量级的误差。
综述与动态
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  微机械加速度计发展现状浅析

  万蔡辛, 付丽萍, 薛旭, 李丹东

  导航与控制. 2012, 11(2): 73-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2012.02.017

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  自微机电系统(MEMS)技术以IC工艺为基础发展以来,微机械加速度计便作为其中一个耀眼的应用实例大放异彩。在国外,上世纪九十年代就有低精度微加速度计产品,同时国内也开始了相关研究。时至今日,微加速度计已经按高精度、中精度、低精度三个精度等级分别发展。以麻省理工大学(MIT)Draper实验室为代表的一些国外机构已经研制出10^-7g级别的高精度微加速度计样机并尝试在潜射导弹、洲际导弹再入等方面取得应用,乃至将来替代高精度摆式积分陀螺加速度计(PIGA);以COLIBRYS、Honeywell等公司为代表的商业机构,依托自身科研能力,致力于将中精度微机械加速度计推出量产化的单表和组合成品并推向低端军用和高端民用市场;以AD、ST等公司为代表的跨国公司,依托自身工艺线,推出大量的微机械加速度计,占领了消费电子市场。国内的研制分工也越来越细化,技术路线、行业分工、研究内容、需求牵引都越来越明确,其中压阻式、热对流式微机械加速度计已经产业化,微机械加速度计已有小批量的产品,硅微谐振式加速度计也显示了很好的发展前景。本文试对发展现状进行了简单评析。