2015年, 第14卷, 第3期　刊出日期：2015-06-05

  

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  半球谐振陀螺技术发展概述

  方针, 余波, 彭慧, 蒋春桥

  导航与控制. 2015, 14(3): 2-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.001

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  半球谐振陀螺是惯导级的固体振动陀螺,其高精度、高可靠性和长寿命的特点非常适应空间应用。在国外空间应用中已取得了巨大的成功,国内半球谐振陀螺仪已通过飞行试验,验证了其性能可满足工程应用的要求,目前正在开展半球谐振陀螺应用技术与高精度、小型化惯性测量组合的技术研究,拓展应用领域。概述了半球谐振陀螺的基本原理、国内外技术发展情况、相关关键技术以及技术发展方向。
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  半球谐振陀螺在平台惯性系统中的应用研究

  汪立新, 周小刚, 刘洁瑜

  导航与控制. 2015, 14(3): 8-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.002

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  半球谐振陀螺作为新型振动陀螺,具有长寿命、长稳定期、高精度等优点,能显著提高惯性系统的性能。讨论了半球谐振陀螺的特点,分析了其误差模型,研究了半球谐振陀螺在平台惯性系统的应用技术和方法,重点介绍了基于半球谐振陀螺的平台稳定回路、框架归零回路和调平锁定回路设计,并通过试验样机进行了试验验证。
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  金属壳固体波动陀螺信号提取方法研究

  苏中, 李擎

  导航与控制. 2015, 14(3): 15-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.003

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  金属壳固体波动陀螺是利用驻波的进动特性来敏感输入角速率的一种新型壳体振动陀螺,具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可广泛应用于中低精度角速度測量领域。针对金属壳固体波动陀螺信号提取方法进行研究,在分析其工作原理和基本数学模型的基础上,提出利用四回路控制方法,进行角速度解算。首先,通过激励电极和反馈电极对振子振动特性进行控制;其次,通过阻尼电极和检测电极抑制振子振型偏移;最后,根据阻尼控制力解算出输入角速度。通过仿真计算,给出了角速度解算结果,验证了该方法的有效性。
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  半球谐振陀螺敏感单元总剂量效应试验研究

  杨勇, 唐光庆, 方针, 余波, 周强

  导航与控制. 2015, 14(3): 21-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.004

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  半球谐振陀螺是卫星捷联惯性参考单元的核心部件,在空间应用领域会受到空间辐射环境的影响。介绍了半球谐振陀螺敏感单元的总剂量效应模拟试验的研究,在电离总剂量⁶⁰Co源Y射线辐照试验前、中、后,分析陀螺敏感单元的性能参数变化。通过总剂量1000krad(Si)的摸底试验,陀螺敏感单元的电性能参数稳定,证实陀螺敏感单元和缓冲电路板在该辐射剂量下性能正常。
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  抑制旋转抛物面形谐振子频率裂解研究

  刘洪, 苏中

  导航与控制. 2015, 14(3): 26-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.03.005

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  旋转抛物面形金属结构作为一种新型固体波动陀螺的振子,利用处于谐振状态下的轴对称谐振亮体中驻波的哥氏效应敏感角运动。谐振子本身的结构特点使其具有抗高过载、高冲击的特性,因而在高动态环境下的中低精度角速率测量场合具有广阔的应用前景。在实际制造过程中,由于旋转抛物面形谐振子的壁厚、密度、弹性模量等结构和材料参数的不均幻会导致其固有频率发生裂解,其值的大小是决定能否产生陀螺效应以及影响陀螺整体性能指标的关键因素。针对上述问题,提出了一种通过去除谐振子边緣质量的方法减小其频率裂解。通过有限元仿真分析及试验测试证明该方法能够有效抑制谐振子的固有频率裂解,使得频率裂解减小到0.2Hz以下。
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  半球谐振陀螺信号检测与动态性能改进方法的研究

  李先梅, 方针, 余波, 杨勇, 彭慧

  导航与控制. 2015, 14(3): 31-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2015.03.006

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  半球谐振陀螺是一种全新的固体陀螺,具有独特的结构和工作方式。针对半球谐振陀螺信号的提取、检测与控制,提出了半球谐振陀螺信号检测的改进方法和自主开发的力平衡控制电路系统,以及其动态性能指标的改善方法,实验结果表明了该技术效果显著。研究可为半球谐振陀螺提供理论研究和工程应用参考。
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  轴对称多曲面融合结构金属谐振子模型建立方法

  刘宁, 苏中, 范军芳

  导航与控制. 2015, 14(3): 36-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.007

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  金属壳固体波动陀螺是基于固体波的进动效应进行角速度检测的一种全新轴对称壳振动陀螺,具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可广泛应用于中低精度角速度測量领域。为分析轴对称多曲面融合结构金属谐振子中固体波的进动效应,在双曲率坐标系下,基于薄壳理论,建立了理想条件下轴对称多曲面融合结构金属谐振子中固体波进动的动力学模型。针对动力学模型过于复杂、难于分析的缺陷,提出了利用弹性力学中的能量原理,建立轴对称多曲面融合结构金属谐振子等效模型的方法,为金属壳固体波动陀螺的信号检測方法和控制回路设计奠定了理论依据。
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  半球谐振陀螺零偏数据建模方法的研究

  方针, 唐光庆, 彭慧, 蒋春桥, 周强

  导航与控制. 2015, 14(3): 43-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.008

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  讨论了数据建模的一般方法,并应用这种方法,在国内首次对自行研制的半球谐振陀螺零偏稳定性数据建立了模型,为进一步的陀螺漂移补偿奠定了基础。
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  固体波动陀螺金属振子温度特性研究

  马晓飞, 苏中

  导航与控制. 2015, 14(3): 48-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.009

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  温度性能是制约陀螺精度等性能的一个主要因素,在各类陀螺技术的研究中都备受关注。温度因素对固体波动陀螺性能的影响主要体现在陀螺的测量精度以及零偏,究其根本原因是温度变化对金属振子的振动特性产生了影响。本文分别从理论推导、仿真分析和实验测试方面研究了温度对金属振子振动特性的影响行为,为解决温度对固体波动陀螺性能影响的改善提供了一种新途径。
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  惯导系统在轮式自行火炮中的应用

  刘俊邦, 吴付栓, 张晔, 陈远江

  导航与控制. 2015, 14(3): 53-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.010

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  分析了轮式自行火炮发展过程中所应用的惯导系统的结构原理,总结了不同结构方案的惯导系统的优缺点,展望了应用于轮式自行火炮的导航系统的发展方向,为新型地面火炮的操作使用、技术勤务以及升级改造提供理论依据和参考。
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  基于IEEE-1394b的惯导数据传输系统设计

  郝澄, 邬战军, 王璐, 王明

  导航与控制. 2015, 14(3): 60-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.011

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  针对惯导系统中应用较为成熟的RS232、RS422、RS485、CAN等数据传输方法传输带宽低、可靠性低、距离近并且引入电磁干扰等问题,将基于IEEE-1394b的光通信引入惯导系统。利用惯导系统中FPGA资源配合物理层芯片和光电转化模块,搭建基于IEEE-1394b的数据传输系统。详细介绍了各个模块的工作流程,为满足数据传输特殊需求对链路层请求方式和数据包进行惯导专用化改进。借助QuartusII集成开发环境提供的SignalTapII逻辑分析仪进行验证。结果表明,数据传输系统可以使用立即请求发送广播形式的异步数据包,也可以进行点对点异步数据传输,实现了预期目标。该方法不仅屏蔽了惯性导航系统的外界电磁干扰,还实现了惯导系统的大带宽、高可靠传输,具有很高的工程应用价值。
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  基于联邦滤波的惯导/北斗/里程计紧组合导航算法研究

  易晓静, 陈淑英, 张小跃

  导航与控制. 2015, 14(3): 66-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.012

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  针对地面载体长时间复杂应用环境对导航系统精确性和可靠性的要求,提出一种基于联邦滤波器的惯导/北斗/里程计紧组合导航算法。在分析惯导、北斗、里程计导航系统特点的基础上,建立了组合导航系统的误差状态模型和量测模型,采用联邦滤波器实现了三者的紧组合容错系统设计,分别对子系统无故障、北斗及里程计出现故障情况下进行仿真验证。结果表明,将联邦滤波理论应用于惯导/北斗/里程计紧组合导航系统可以提高导航性能和系统的容错能力。
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  石英挠性加速度计组件精密温控系统热分析

  王明皓, 吴美平, 曹聚亮, 魏启航

  导航与控制. 2015, 14(3): 71-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.013

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  在捷联惯性导航系统中石英挠性加速度计是其核心器件,加速度计的温度特性直接影响其测量精度。在高精度的惯性系统中,需要对加速度计组件进行精度优于0.05°C的温度控制。为了研究加速度计组件精密温控系统,利用有限元分析软件ANSYS建立石英挠性加速度计组件温控系统的有限元模型,仿真计算其有限元模型的温度场。首先根据组件的结构特性建立了其有限元模型,介绍了热分析中求解条件的确定方法。通过仿真得到温控系统的温度场模型,根据温度场模型计算温度梯度并且确定系统的测温点、控制方式,最后利用加速度计输出数据验证分析结果的正确性。研究结果可以为加速度计组件精密温度控制系统中的测温点选取、控制方式确定以及捷联惯导系统中温度补偿、温度控制与热优化提供参考依据。
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  基于I、Q信号的北斗接收机跟踪环路设计

  江照波, 范胜林, 李智, 刘建业

  导航与控制. 2015, 14(3): 78-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.014

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  传统的北斗接收机一般采用标量跟踪环,每个通道的卫星相互独立,在此基础上,又发展起来了基于矢量跟踪的接收机,使每个通道的卫星跟踪不再相互独立。提出的基于I、Q信号观测的接收机跟踪环路,保留失量跟踪的特点,并且采用EKF作为跟踪环路预处理滤波器,代替传统跟踪环路的鉴别器,可以在高动态的环境下对卫星信号进行跟踪,提高环路的稳定性,从而可以有效地提高BDS/INS深组合导航滤波器观测量的估计精度。主要对高动态信号跟踪进行仿真,并与传统的标量跟踪方法和失量跟踪方法的跟踪能力进行比较。实验表明,改进的失量跟踪环能够在高动态的环境下运行,比起传统环路有更小的跟踪误差。
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  五相双转子永磁容错电机故障运行能力仿真分析

  陈克

  导航与控制. 2015, 14(3): 86-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.015

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  提出了一种新型五相双转子永磁容错电机,它包括两个转子和一个定子,其中内外转子永磁体均采用径向充磁且充磁方向相同,定子铁心内外开槽,可以安放两套绕组,这两套绕组可以串联连接,也可以并联连接。针对这两种连接方式,对开路(一相开路、两相邻相开路和两不相邻相开路）和短路故障进行仿真,有限元仿真结果证明：绕组并联连接优于串联连接。为了提高绕组串联连接时电机的故障运行能力,采取了电流优化控制策略,仿真结果表明该方法在一定程度上可以改善电机的力矩性能。
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  单模光纤环热应力双折射仿真分析

  律新伟, 武俊勇, 孙丽艳

  导航与控制. 2015, 14(3): 94-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.016

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  光纤陀螺在温度场作用下产生零位偏移,降低了光纤陀螺的精度。光纤环是光纤陀螺产生温度误差的主要根源。分析了温度场作用下,单模光纤环产生热应力双折射的机理。基于有限元方法仿真出光纤环在特定加热条件下的热应力双折射的大小及其随时间的变化。最后结合仿真结果提出了减小光纤环热应力双折射的几种方法,对提高光纤陀螺温度环境性能有较大的指导意义。
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  铝基复合材料在平台环架的应用研究

  刘昀, 武俊勇, 康军, 胡光龙

  导航与控制. 2015, 14(3): 98-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.017

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  惯性平台环架对零件的刚度、强度的要求很高,传统铝合金材料已经很难满足新型平台的要求。对铝基复合材料早期性能和改良后的性能进行了研究,通过仿真分析及力学试验,验证了铝基复合材料通过二次变形加工的方法,有效提高了强度和延伸率,应用复合材料后,在大过载情况下能够有效抵抗变形,从而提高平台系统精度。
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  一种动基座下ESGM定位误差仿真方法研究

  潘弘涛, 戴建国, 屈炳辰

  导航与控制. 2015, 14(3): 103-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.018

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  结合静电陀螺监控器的工作原理及天文导航知识,推导出ESGM模型中导航参数随载体运动而变化的计算方法,并用该方法仿真比较了各航行状态下ESGM的定位误差。结果表明：转向时的定位误差受航速、转向率的影响较大。该方法对动基座条件下静电陀螺监控器的计算机仿真有一定参考价值。
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  高精度转台装配误差分析和补偿

  姜登明, 魏亮, 姚腾蚊, 张兴启

  导航与控制. 2015, 14(3): 108-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.019

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  转台位置精度是转台最重要的参数之一。针对转台装配过程中产生的编码器安装偏心和倾角回转误差进行分析,建立误差模型,计算得出在不同的误差影响下转台的角位置误差值。介绍了采用多项式拟合曲线进行角位置误差的补偿,有效地提高了转台角位置精度。
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  海上薄雾条件下退化图像的快速Retinex增强算法

  邢世宏, 杨晓东, 王小海

  导航与控制. 2015, 14(3): 112-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.l674-5558.2015.03.020

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  目前基于Retinex理论的各种算法对海上薄雾条件下拍摄到的退化图像有很好的增强效果,但是这些算法主要是采用在RGB色空间对3个颜色通道进行高斯卷积方法,导致处理较大尺寸图像速度慢,现针对上述现象,提出一种改进的Retinex快速增强算法来处理海上薄雾条件下的退化图像,此方法改变了传统Retinex算法利用二维高斯核进行卷积的办法,并且考虑到HSV空间更适于人眼视觉特征,先将RGB色空间转换到HSV空间,再将二维高斯函数简化成一维迭代高斯函数,然后应用一维迭代高斯函数对亮度F分量进行卷积,并对饱和度S做相应的拉伸。根据时间复杂度理论对改进的方法进行了分析,并经过实验验证,此算法的处理速度有明显的提高,去雾效果较明显,图像质量得到了改善,为视觉导航系统后续的工作提供了保证。