2015年, 第14卷, 第2期　刊出日期：2015-04-05

  

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  冷原子干涉型重力仪的发展现状与趋势

  吴彬, 王肖隆, 王河林, 王兆英, 林强

  导航与控制. 2015, 14(2): 2-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.001

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  地球重力场反映了地球物质分布及其随时间和空间的变化。高精度重力加速度测量可以广泛应用于地球物理、资源勘探、地震研究、重力勘察和惯性导航等领域。冷原子重力仪是近二十年来快速发展起来的一种新型量子传感器,它利用激光冷却、原子干涉等技术实现高精度、高灵敏度的重力加速度测量。本文介绍了冷原子重力仪的发展历史、现状及趋势,详细论述了冷原子重力仪的原理、分类、装置及步骤等,并重点分析了小型化冷原子重力仪的关键技术。
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  绝对重力仪的发展现状及重力计量体系介绍

  冯金扬, 李春剑, 粟多武, 徐进义, 吴书清

  导航与控制. 2015, 14(2): 10-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.002

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  重力测量在国防军事、地质研究、资源勘探、地球物理、地震预报及计量科学等领域有着广泛的应用。在惯性导航系统中对惯性加速度和重力加速度进行分离,可以提高惯性导航的精度。重力加速度测量的准确性需要通过量值溯源来保证,而用于直接测量重力加速度值的绝对重力仪是重力测量量值溯源和传递的主要工具和载体。以此为背景,介绍了绝对重力仪的主要技术和发展现状,从而引出绝对重力测量和重力计量体系是整个重力测量溯源到SI国际单位制,确保其测量量值准确可靠的唯一途径。最后,简单介绍了重力计量体系以及中国计量科学研究院的相关工作。
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  T-1A型高精度绝对重力仪

  胡华, 李哲, 李刚, 伍康, 王力军

  导航与控制. 2015, 14(2): 17-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.003

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  高精度绝对重力仪用于测量地球表面的重力加速度(g,常用值9.81 m/s2),在精密计量、大地测量、地球物理、资源勘探等领域具有广泛应用。近年来,清华大学自主研制完成T-1与T-1A型高精度绝对重力仪,采用新型的自由落体装置、激光干涉测量技术和信号处理方法,可实现微伽量级不确定度的精密重力测量。本文主要介绍T-1A型高精度绝对重力仪的系统技术和测试结果,经过进一步工程化改进,该仪器有望实际应用于重力计量、地震研究等领域。
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  一种基于火箭橇轨道的动基座重力测量系统评价方法

  魏宗康, 武俊勇, 赵龙

  导航与控制. 2015, 14(2): 23-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.004

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  传统的重力仪精度评价方法为重力仪测量值与静态定点值或飞行状态下的重力线网格参考值进行比较,根据差值或相对异常值来评价重力仪的精度指标,但其缺点是飞行轨迹重复性差。火箭橇轨道是进行火箭橇测试的重要组成部分,它严格按照设计建设,长达数公里,拥有完整已知的地理数据信息,且沿着火箭橇轨道布有众多的绝对重力基准点。提出一种基于火箭橇轨道的重力测量系统评价方法,通过火箭橇轨道上的众多绝对重力基准点和重力仪测量得到的重力值比较,评价重力仪的精度指标性能。其优点是该方法能够连续、快速、可重复评价重力测量系统的精度指标,为重力仪研制提供精确的评价手段和鉴定方法。
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  旋转式重力梯度仪自身梯度补偿研究

  丁昊, 孙晓洁, 李海兵

  导航与控制. 2015, 14(2): 29-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.005

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  重力梯度仪安装在惯性稳定平台上,忽略载体姿态角改变等条件下的影响,在空间上保持方向不变,因此载体相对于重力梯度仪的旋转会改变其周围空间的质量分布,从而引起自身梯度的变化。这种自身梯度变化影响了重力梯度仪的测量精度,是动基座重力梯度测量误差的重要来源。由于周围环境物体到重力梯度仪的距离很近,采用基于中心引力梯度的方法计算自身梯度具有较大误差。推导了基于加速度计输出的重力梯度仪自身梯度补偿方法。仿真结果表明通过基于中心引力梯度的方法和基于加速度计输出的方法分别计算单位质量的质量点产生的自身梯度时,0.3m位置处自身梯度补偿的偏差超过5E,采用基于加速度计输出的方法进行自身梯度补偿更加精确。
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  重力异常特征提取方法研究

  罗骋, 李东明, 李海兵, 王文晶, 张海涛

  导航与控制. 2015, 14(2): 33-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.006

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  将主元分析和独立分量分析相结合应用于重力异常信号的特征提取。采用主元分析对测量数据进行去相关和降维预处理,再利用独立分量分析算法提取重力信号的特征系数。结合重力异常变化与特征系数的关系,提出了应用特征量化参数表征重力异常信号变化程度的方法。基于实测的重力异常信号进行了仿真试验,试验结果表明,本文提出的特征量化参数能有效的反映重力异常的幅值变化程度。
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  CHZ型重力仪重力测量伺服回路的分频段控制方案

  涂海波, 胡明, 董琴琴, 柳林涛

  导航与控制. 2015, 14(2): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.007

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  针对原有CHZ型海洋重力仪重力测量伺服回路PI控制模型的不足,提出对强扰动频段(海浪频率)用一个独立反馈回路进行抑制衰减的方案,并进行了理论分析和建模仿真,表明该方案可将海浪对采样质量的扰动幅度降低50%以上,并提高重力测量带宽一个量级,因此可改善重力仪在恶劣海况下的工作性能,改善测量中的非线性效应。
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  零长弹簧及其在移动式重力仪中的装配精度需求

  涂海波, 何建刚, 刘雷钧, 刘孙君, 柳林涛

  导航与控制. 2015, 14(2): 46-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.008

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  阐述了零长弹簧的工作原理和装配方法,分析了在CHZ-Ⅱ型海洋重力仪和具有机械放大作用的斜拉弹簧重力仪中应用零长弹簧原理时,对探头装配和调节工艺的精度需求。当在垂直于弹簧的扰动达到100Gal的动基座上应用零长弹簧时,为使弹簧自重引起的系统误差不大于0.5mGal,典型情形下弹簧零长的补偿误差需在1mm以内。
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  基于ADS-C的机场场面飞机监视系统研究

  宮淑丽, 吴红兰, 王旭辉, 黄圣国

  导航与控制. 2015, 14(2): 51-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.009

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  对场面上运动的飞机进行监视是提高大型航空运输机场的运行效率和安全的重要技术手段。根据我国ACARS地空数据链的成功应用,分析基于ACARS系统的ADS-C工作原理,针对其数据滞后严重,无法满足ICAO规定的场面飞机监视的实时性要求,对ACARS系统的地面接收设备进行改进,提出了基于ADS-C的场面飞机监视系统框图。分别对VHF接收机、飞机目标数据接收设备、实时数据链信息处理和监视系统进行了设计。利用ACARS测试平台构建仿真环境,对设计的系统进行实验验证,结果表明该系统接收ACARS报文的正确率与系统实时性均能满足场面飞机监视系统的功能要求。
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  单轴旋转惯导系统多位置对准技术研究

  杨孟兴, 彭俊文, 徐兵华, 李亚鹏

  导航与控制. 2015, 14(2): 57-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.010

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  单轴旋转惯导系统很容易实现多位置对准,在初始对准中通过改变姿态矩阵,可以提高惯导系统的可观测度,从而提高初始对准的精度。推导了单轴旋转惯导系统的误差方程,在分段线性定常系统理论的基础上,利用奇异值分解的方法,对多位置对准时系统各状态变量的可观测度进行了分析。分析了旋转轴不正交误差对初始对准精度的影响,结果表明旋转轴不正交误差严重影响对准精度,需要对旋转轴不正交误差进行标定和补偿。提出了一种旋转轴不正交误差的标定方案,并对该方案进行了仿真分析,验证了该方案的可行性。
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  三框架四轴惯性平台系统弹体姿态角解算方法

  刘静, 闰祿, 郭宗本, 朱志刚

  导航与控制. 2015, 14(2): 64-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.011

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  三框架四轴平台虽然满足了导弹武器系统全姿态机动的需求,但由于增加了一个框架角,弹体姿态的解算却比三轴平台复杂得多。根据随动回路的工作特点,推导出了三框架四轴惯性平台系统各种工况下由四个框架角输出解算弹体的三个姿态角的公式。
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  惯性导航系统中陀螺一阶马尔科夫过程的误差传播特性

  吕品, 赖际舟, 刘建业, 吴奇, 黄凯

  导航与控制. 2015, 14(2): 70-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.012

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  一阶马尔科夫过程是描述陀螺低频随机噪声的主要模型之一,对惯性导航系统精度具有重要影响。首先研究了惯性导航系统中陀螺随机误差传播特性分析的一般方法,推导了惯性导航系统的冲击响应函数。继而结合一阶马尔科夫过程的统计特性,推导了其作为陀螺随机误差在惯性导航系统长时间导航环境中的误差传播公式,分析了其对系统姿态、位置精度的影响。最后对陀螺一阶马尔科夫过程引起的惯性导航系统误差进行了仿真,对理论结果进行了验证。论文的研究对于惯性导航系统的优化设计与误差分析具有一定的参考价值。
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  分子液环式角加速度测量演示系统研制

  付元, 关新平, 毛军发

  导航与控制. 2015, 14(2): 76-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.013

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  利用界面双电层和流动电流基本原理,设计并制作了一种新型的分子液环式角加速度计,可对角加速度进行直接测量。为了对该种新型的角加速度计进行功能演示,研制了其测量演示系统,可为角加速度计提供基准的角加速度输入,并实时处理和显示测量数据。实验结果表明:该种分子液环式角加速度计测量范围可达20000(o)/s2,测量精度≤1(o)/s2,带宽可达0.1Hz~120Hz,可应用于高精度、高动态的角加速度直接测量。其测量演示平台可以提供频率和幅值可控的角加速度输入,实现该种新型角加速度计功能演示。
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  基于FPGA的自适应陷波器研究和设计

  曹扬, 李建春, 刘鹏远

  导航与控制. 2015, 14(2): 83-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.014

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  对基于FPGA的自适应滤波器进行了研究。首先,分析了最小均方根(LMS)算法原理,并介绍了陷波器的稳定性问题。然后,提出了一种基于FPGA的自适应滤波器的实现方法,并进行了仿真验证。最后搭建了试验平台验证了陷波器的功能。仿真和试验结果表明,该自适应陷波器有良好的滤波功能。
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  特材镀镍六面体超精密研磨方法研究

  董君华, 黄德, 王长青, 曹勇, 李冰远

  导航与控制. 2015, 14(2): 91-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.015

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  特材镀镍六面体是安装和调整各种惯性仪表的基准,六面体的工作平面表面粗糙度小于Ra0.02μm,平面度不大于0.2μm,六个面相互的垂直度和平行度误差不大于2''。系统介绍了特材镀镍六面体的研磨方法,包括研磨剂的配制、研磨平板的研修、六面体的研磨过程,并且重点研究了不同研料对镍层精密研磨表面质量的影响。研究结果表明,粒度W0.5的自制研料研磨加工的镍层表面粗糙度在Ra0.015μm~0.02μm之间,表面无划伤,研磨性能优于刚玉研料和金刚石研料。
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  SiCP/Al复合材料棱镜组件研磨工艺方法研究

  李宇梅, 赵旺升, 郑涛

  导航与控制. 2015, 14(2): 95-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.016

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  通过对SiCP/Al复合材料棱镜组件研磨工艺试验及其结果分析,总结、优化了研磨工艺参数、研磨砂种类、粒度、研磨时间、研磨工艺过程等参数,研磨出的棱镜组件符合其精度要求,为棱镜组件在平台上的安装精度提供了基础。
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  管道惯性测量系统散热仿真分析

  姚少非, 赵龙, 王康, 张浩

  导航与控制. 2015, 14(2): 101-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.017

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  基于FLUENT商用软件建立了在60℃高温油内使用的管道惯性测量系统的传热数值模型,模拟了系统在自然对流、不同风冷强制对流和不同热辐射系数下散热的温度分布,分析了风扇布置、空气流量及结构件表面热辐射系数对系统温度分布的影响。通过仿真分析取得了系统有效的散热配置,试验验证结果与仿真计算情况基本吻合,两者相差1.1%。
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  六自由度电动平台电动缸附加运动误差量化分析

  孙文利, 蔡洪, 马建明

  导航与控制. 2015, 14(2): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.02.018

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  六自由度电动平台通过六个电动缸的协调伸缩和旋转运动,结合上下铰链的两自由度转动,实现上平台在三维空间的六自由度运动。由于电动缸通过螺旋副实现缸杆的直线运动,其直线运动与旋转运动之间存在螺旋关系,因此缸杆相对于缸筒的被动转动会引起缸杆的附加直线运动,从而对六自由度电动平台的位姿精度产生影响。针对六自由度电动平台进行了运动学分析。在此基础上进一步计算了电动缸在平台运动过程中产生的被动螺旋附加运动,并对该运动引起的误差进行了量化分析。仿真结果表明,在六自由度电动平台运动过程中产生的被动螺旋附加运动误差达到毫米数量级,将会对平台的位姿精度产生显著影响。对于高精度运动平台来说,必须研究补偿算法对其进行补偿。