2017年, 第16卷, 第1期　刊出日期：2017-02-05

  

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系统与应用
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  地固系GNSS/SINS组合导航正常重力间接算法

  丁磊香, 许厚泽, 王勇, 柴华, 蔡小波

  导航与控制. 2017, 16(1): 1-4. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.001

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  相比导航系,GNSS/SINS组合导航在地固系计算,编排效率提高约40%,Kalman滤波效率提高约10%,即使正常重力与姿态矩阵的计算效率偏低,在地固系计算比导航系计算综合效率也提高约30%。针对地固系正常重力计算复杂的问题,提出了地固系正常重力间接算法,首先把三维直角坐标转换为大地坐标,然后在导航系计算正常重力,最后把正常重力转换到地固系,姿态矩阵也在此过程计算完毕。试验结果表明,间接法与传统方法计算精度相当,但间接法计算过程简单直观,计算效率可以提高3%~26%,尤其对于高速高精度的捷联惯导,效率提高尤为明显,具有重要的工程实用价值。
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  基于距离信息的行人协同导航研究

  陈泽, 吴美平, 陈昶昊

  导航与控制. 2017, 16(1): 5-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.002

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  针对行人在室内导航中GPS信息无法获取以及纯惯导解算结果发散严重的问题,提出了通过协同导航的方式提高行人室内导航精度的方法。利用行人间的相对距离约束关系,抑制纯惯导解算结果的发散。详细推导了行人协同导航的模型,采用信息滤波的方法解算导航结果,并在理论推导中发现信息滤波更加适合行人协同导航的工程实践。设计了一种使用微型惯性测量器和超宽带测距设备的行人协同导航系统,进行实际效果验证。通过数据采集与处理,将行人导航轨迹图输出,分析协同导航以及单独导航的误差,验证协同导航的有效性。实验结果表明,协同导航与单独导航相比,对导航轨迹和导航误差有更好的修正效果。
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  基于嵌入式平台的MEMS/GPS组合导航系统实现研究

  黄欣, 许建新, 孔雪博, 熊智

  导航与控制. 2017, 16(1): 11-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.003

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  主要研究基于PC104平台的MEMS/GPS组合导航系统硬件实现方法。首先设计了对MTi-30 MEMS器件与GPS接收机的数据采集软件,基于统计分析方法分析建立了传感器的误差模型参数,构建了MEMS/GPS组合算法模型,基于MEMS惯性器件和GPS接收机实测数据确定了Kalman滤波器的系统噪声阵及量测噪声阵模型参数;然后利用实际测量数据进行了MEMS/GPS组合系统导航性能仿真;最后基于PC104嵌入式平台,构建了MEMS/GPS组合导航系统原理样机,分别在静态和动态情况下完成MEMS/GPS组合导航算法实时测试,导航结果验证了硬件平台及导航算法的正确性。
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  激光导引车模糊控制技术研究

  暴海宁, 尚俊云, 黎原, 冯艳丽

  导航与控制. 2017, 16(1): 17-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.004

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  为了解决目前差速驱动车体在行进过程的跑偏问题,文章提出了将现有的差速驱动装置更换为舵轮驱动的同时,在运动控制方面引入模糊控制算法。在AGV运动规律的基础上,以法向位置误差和方位角误差为输入,舵轮转角为输出,建立了双输入单输出模糊控制系统。通过实验的分析和比较,确定了模糊控制器中的各个参数,并且利用自制的小车进行了相关的运动学实验,验证了控制系统以及所建立模型的正确性,为进一步研究激光导引AGV小车打下了理论和实验基础。实验结果表明,AGV控制系统运行平稳,性能良好,最大行使速度可达40m/min,导航精度可达±10mm,停车精度可达±5mm,能够连续工作24h,能够满足实际生产需要。
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  巡航导弹领弹——从弹协同攻击末段目标定位策略研究

  任鹏飞, 赵久奋

  导航与控制. 2017, 16(1): 23-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.005

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  为了提高巡航导弹打击效果,协同攻击成了未来作战的必然趋势。基于此背景,在巡航导弹领弹——从弹协同攻击策略的基础上,提出了一种末段目标定位策略,对固定目标的定位进行了研究,讨论了基于扩展Kalman滤波(EKF)的无源定位方法。
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  一种球面网壳型平台框架设计及仿真分析

  黄云龙, 魏宗康

  导航与控制. 2017, 16(1): 27-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.006

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  针对环形和球形惯性稳定平台框架的不足,提出一种球面网壳型惯性稳定平台框架设计。组合正12面体和正20面体并映射到球面上,接着一次细化得到一种由240个弧三角构成的球面网壳。然后通过PROE绘制网壳,确定框架及各部件的大小,并处理轴安装部位,得到一种对流和导热效果很好且等刚度的球面网壳型惯性稳定平台框架。最后通过ANSYS软件作静力学仿真与模态分析,验证结构具有足够的刚度与强度。
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  沿平台系东向轴施加连续转动的惯性平台系统导航方法

  郭宗本, 乙冉冉, 于沛, 王永彤, 朱志刚

  导航与控制. 2017, 16(1): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.007

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  在传统指北式惯导系统中,通过对东向陀螺仪施加连续恒定转动力矩,令平台坐标系绕其东向陀螺仪敏感轴进动,可对北向及天向惯性器件误差形成调制,抑制相关导航定位误差,达到提高平台惯导系统精度的目的。建立了沿平台系东向轴连续转动的指北式平台系统无阻尼情况下的导航机械编排方程及误差方程,分析了其静基座下的误差传播特性并进行了仿真验证。结果表明,同传统指北式导航方法相比,在不改变系统结构和惯性器件精度的前提下,系统中与北向及天向惯性器件误差相关的常值及随时间积累项被调制为零误差和常值误差、经度误差随时间发散趋势得到明显抑制,系统长时间定位精度得到明显改善。
仪表与电路
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  石英挠性加速度计的热分析

  孙洁洁, 李海兵, 丁祝顺, 马存尊

  导航与控制. 2017, 16(1): 38-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.008

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  为了掌握加速度计内部温度场规律,得到内部的实时温度,建立石英挠性加速度计的热仿真模型,进行热仿真分析。根据仿真模型设计温度试验,验证了模型的正确性。在加速度计稳定状态下,仿真温度值与试验值差0.2℃左右;根据试验结果对仿真结果进行修正,将修正后的仿真结果与试验结果进行比较,得到两者的差值为-0.011℃,有效地提高了仿真结果的准确性。因此,可以通过修正仿真结果得到加速度计内部的实时温度。
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  石英振梁加速度计温度特性及补偿研究

  毕小伟, 廖波勇, 马跃飞, 马日红, 邢朝洋

  导航与控制. 2017, 16(1): 44-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.009

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  首先推导了一种石英振梁加速度计偏值K₀、标度因数K₁的计算公式,并进行了 K₁温度特性计算仿真,结果和试验数据相吻合。其次通过计算及试验验证,在-40℃～80℃范围内,双端固定谐振梁的温度特性曲线为抛物线,存在温度拐点,频率变化小于8Hz,同时给出了约束条件下谐振梁的温度试验结果。最后进行了仪表温度模型标定及补偿研究,试验结果表明:经过补偿,在工作温度范围内,仪表偏值变化优于1mg,标度因数变化优于5×10^-5。
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  一种新型的硅微机械陀螺数字读出系统

  王玉良, 郑旭东, 曾青林, 邢朝洋

  导航与控制. 2017, 16(1): 52-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.010

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  为了简化系统设计,进一步改善陀螺的控制性能,提出了一种新型的微机械陀螺数字读出系统方案。该方案采用EPLL和AGC技术实现陀螺驱动模态的相位与幅度闭环控制,采用EPLL技术实现检测模态的信号解调。不仅降低了对陀螺品质因数的要求,而且省去了低通滤波器的设计。通过仿真实验不仅验证了该方案的可行性,还研究了EPLL参数对陀螺数字读出系统性能的影响。该方案对今后微机械陀螺系统的实现与性能的进一步提高有一定的指导作用,同时也为今后陀螺系统的误差补偿以及自标定、自校准奠定了基础。
元器件技术
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  掺铥光纤放大器对双单频激光放大的特性分析

  赵丹, 延凤平, 刘硕, 刘立影

  导航与控制. 2017, 16(1): 57-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.011

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  建立了掺铥(Tm³⁺)光纤放大器对双单频激光放大的理论模型,对比分析了前向抽运方式下,双单频放大和单频放大时泵浦功率、信号功率、受激布里渊散射(SBS)功率,以及温度情况的不同。理论仿真了Tm³⁺离子掺杂浓度、光纤纤芯的有效面积和换热系数对双单频放大的影响。适当的掺杂浓度,可以有效地缩小放大器中光纤长度,减弱因过长的光纤对激光的损耗,还可以提高放大器的量子效率;选取较小的光纤的纤芯有效面积,可以获得较高的信号功率输出和较小的SBS功率;较小的换热系数可以降低SBS功率,从而有效抑制SBS效应。
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  基于双轴调整棱镜的惯导缓冲基座方位引出

  涂勇强, 杨功流, 朱景波, 万振塬, 殷珂

  导航与控制. 2017, 16(1): 64-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.012

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  分析并设计了一种将带双轴调整机构的棱镜作为基准棱镜的方位引出方法,并基于此提出了惯导缓冲基座复位精度试验方案。首先,根据直角棱镜作基准棱镜时放置位置对方位引出的影响,设计可双轴调整机构;然后,从双轴调整机构出发,利用坐标变换和矢量形式的棱镜反射公式推导了放置误差造成的方位引出误差,根据误差公式设计了试验方案;最后,分析与估算了方位引出精度,结果表明:此方案在控制经纬仪望远镜的俯仰角小于15°时,方位引出的均方误差小于5″。
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  高精度压电陶瓷驱动电源的研制

  佘玉成, 张春熹, 李慧鹏

  导航与控制. 2017, 16(1): 69-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.013

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  为进一步提高压电陶瓷微位移系统的定位精度,设计了一种以PA93高压运放器为核心的高精度、稳定性好的大功率压电陶瓷驱动电源。重点阐述了系统设计方案,并对其中的关键技术和特性功能进行了分析讨论。实验结果表明,该驱动电源具有精度高、输出电流大、响应速度快、稳定性好的特点。当压电陶瓷等效容性负载为3μF时,能在1KHz内实现0V~10V到0V~100V的动态放大,电压输出精度可达0.1mV。
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  基于正反Kalman滤波的动基座重力仪数据处理方法

  熊志明, 郭刚, 李东明, 罗骋, 李海兵

  导航与控制. 2017, 16(1): 74-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.014

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  重力数据处理是动基座重力仪的核心技术,采用了一种基于正反Kalman滤波的数据处理方法提取重力异常值。以动基座重力仪(Sea and Air Gravity,SAG)为研究对象,根据系统参数推导了Kalman滤波方程,并运用正反Kalman滤波方法处理了SAG某飞行架次的数据。将提取的重力异常值与同机搭载飞行的俄罗斯高精度重力仪GT-1A的结果进行比对,试验结果表明,两者滤波结果差值的均方根误差要小于1mGal。
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  多叶片螺旋翼模型研究

  吕腾, 魏宗康

  导航与控制. 2017, 16(1): 81-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.015

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  通过计算机构建叶形相同但叶片数量不同的螺旋翼,并且使用流体力学软件进行仿真。仿真结果显示平均单个叶片的升力与叶片的数量成反比例关系。引入空气角速度变量,加入惯性和延迟环节以改进以前的模型。改进后的模型不仅可以计算多叶片螺旋翼的升力,而且可以计算转速变化过程中升力变化的暂态过程。
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  激光点火系统用1×2 MEMS光开关研究

  梅崴, 徐宇新, 邢朝洋, 胡启方, 李新坤

  导航与控制. 2017, 16(1): 85-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.016

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  激光点火是把激光作为一种“精密”点火源,利用激光的高能量特性,通过传输介质起爆或点燃火工品的技术。本文针对激光点火系统的应用需求,对一种1×2 MEMS光开关的结构、驱动方式以及微加工工艺进行了研究。经测试,光开关的综合性能满足激光点火系统低插入损耗、短响应时间和高隔离度的要求。
测试技术
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  大功率电机投切过程冲击电流仿真分析

  王佳, 王育飞, 徐兴, 张宇华, 王旺

  导航与控制. 2017, 16(1): 91-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.017

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  大功率电机电源短暂中断后又重合闸恢复供电现象是普遍存在的,而大功率电机投切过程带来的瞬态冲击电流问题危害严重。根据某公司试验站实际情况和给定的相关参数,对两种大功率电机投切方式进行PSCAD建模与仿真,旨在分析投切过程所引起的冲击电流水平,以及冲击电流与投切时间的关系。结果表明:直接投切到三角形绕组支路模式比直接投切到备用支路模式产生的冲击电流更大,而且两种模式都不建议直接投切大功率电机,若直接投切,必须采取相应的安全措施,更换相应保护设备。
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  三浮陀螺伺服测试误差系数估计方法

  王永彤, 朱志刚, 郭宗本, 徐超

  导航与控制. 2017, 16(1): 97-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.018

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  为了更好地解决工程实际中三浮陀螺极轴伺服测试时误差系数估计问题,采用了Kalman滤波和递推最小二乘的方法。试验结果证明,Kalman滤波方法能够有效地估计出极轴伺服测试时的陀螺误差系数。用统计检验的方法分析了该模型以及各系数的显著性,结果显示对D_vz和D_zz的估计是显著的。
综述与动态
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  地面可移动服务机器人发展现状

  李瑞峰, 李汉舟

  导航与控制. 2017, 16(1): 104-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.01.019

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  行走机构决定了地面可移动服务机器人的特性和应用领域,按照行走机构的不同,将地面可移动服务机器人分为轮式、履带式和多足式,介绍了各种地面可移动服务机器人的发展现状和应用特点,特别探讨了双足机器人在人类生活中的应用前景。提出了地面可移动服务机器人7大关键技术:导航定位、路径规划、多传感器融合、机构设计与动力、智能控制、能源供给和管理、人机接口。分析了发展地面服务机器人的迫切性,给出了我国军用和民用可移动服务机器人的关系和发展思路思路。