2017年, 第16卷, 第4期　刊出日期：2017-08-05

  

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系统与应用
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  基于惯性系双积分的分布式POS抗干扰对准方法

  白立建, 李建利, 翟风光

  导航与控制. 2017, 16(4): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.001

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  分布式POS是一种基于惯性/卫星组合技术的柔性基线多节点高精度时空测量系统,是多任务航空遥感载荷高精度成像的关键装置。然而,外部扰动及节点间的柔性连接使得分布式POS不能采用传统解析粗对准方法进行高精度初始对准。为实现分布式POS系统在外部扰动下获得高精度初始姿态,提出了基于惯性系双积分的抗干扰对准方法,通过双积分去噪原理极大降低外部扰动影响,最后对算法进行了三轴转台实验和飞行实验验证。实验结果表明,该方法能够有效隔离载体的动态干扰,实现了分布式POS各节点初始姿态信息的高精度测量。
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  飞行试验中对惯导系统真航向精度的一种评估方法

  黄雪妮, 刘俊妧, 杨武

  导航与控制. 2017, 16(4): 7-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.002

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  介绍了一种惯导系统真航向角精度的试飞评估方法。用GPS信息计算出飞行航迹作为参考基准,准确测出惯导系统输出的航迹角误差,以此间接评估惯导系统的真航向角精度。试飞结果表明,该方法科学可行。
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  基于目标运动特性的快响卫星轨道设计方法

  张雅声, 冯飞

  导航与控制. 2017, 16(4): 13-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.003

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  针对可能发生的局部战争及冲突中对快速响应卫星所提供的战术情报的需求,综合考虑了快速响应卫星的入轨点位置、目标的运动状态及位置属性和快响卫星的探测性能,提出了一种针对移动目标探测的快响卫星轨道设计方法。首先,建立了移动目标运动特性与快速响应时间的关系,并给出了快速响应时间的计算方法。接着,分别建立了快响卫星轨道高度与目标属性之间的不等式关系,以及快响卫星轨道倾角与升交点赤经的计算关系式。最后,结合实际案例,通过STK仿真验证了方法的可行性、易操作性和实用性。
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  基于ap-Welch的随机角振动信号的频谱估计方法研究

  王文先, 刘合朋, 钟正虎

  导航与控制. 2017, 16(4): 17-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.004

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  在转台的随机角振动试验中,频谱估计的精度是一个非常重要的指标,直接影响到频谱复现的精度。在分析经典的频谱估计方法的基础上,提出了一种基于ap-Welch频谱估计(基于全相位预处理的Welch频谱估计)的方法,从理论上证明了其比Welch频谱估计法具有更强的旁瓣抑制作用。仿真实验结果表明,ap-Welch频谱估计法能够有效提高频谱估计的精度,而且随着全相位阶数的增加,频谱估计的收敛特性也随之改善。
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  飞行模拟器运动系统虚拟样机的联合建模研究

  熊海国, 马建明, 王胜利, 胡吉昌, 钟正虎

  导航与控制. 2017, 16(4): 24-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.005

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  针对传统的数学建模方法在对飞行模拟器运动系统——液压驱动Stewart平台进行动力学建模的过程中存在建模过程相对复杂、仿真无法提供可视化信息等缺点,提出采用ADAMS和Matlab/Simulink联合建模的方法,建立了液压驱动Stewart平台的虚拟样机。通过研究与仿真分析,并与真实的Stewart平台进行实验对比,结果表明,虚拟样机在动力学性能方面与真实的液压驱动Stewart平台相比具有很高的相似性,可代替一般的数学模型,为液压驱动Stewart平台的研究和研制提供理论上的指导和验证,同时也证明了联合建模方法的正确性和有效性。
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  四轴惯性平台随动框架控制策略研究

  赵军虎, 洪娟, 李渤弘

  导航与控制. 2017, 16(4): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.006

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  三框架四轴平台系统的随动回路依靠控制随动框架转动使内环框架角始终保持在零位附近,用以保证载体在内环轴方向上具备全方位机动的能力。然而当外环框架角工作在±90°附近时,随动回路会失去正常功能,进入不稳定状态。为了解决这个问题,提出了一种新的随动框架控制方案,保证外环框架角在±90°时随动框架处于稳定状态,同时内环轴所指方向仍然可以进行大范围机动,从而使得三框架四轴平台实现真正的全方位机动能力。
仪表与电路
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  金属振动陀螺调平方案设计与比较

  成宇翔, 赵万良, 郑大伟, 王伟

  导航与控制. 2017, 16(4): 38-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.007

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  金属振动陀螺是一种低成本、轻小型的新型固体波动陀螺,在战术级应用领域具有广大的应用前景。金属振动陀螺谐振子的频率分裂直接反映陀螺的性能指标,频率分裂可以通过机械调平的方式进行修正。对金属振动陀螺的调平方法进行了梳理和比较,提出了质量修正、刚度修正2种调平思路和增加、去除材料等5种修正方法。通过对各种调平修正方法的比较,选择激光去重法对谐振子顶面进行质量调平修正,并进行实验验证。实验结果表明,该方法修正后,在保持品质因数基本不变的情况下,谐振子的频率分裂由5.3Hz降低到0.9Hz,陀螺的零偏稳定性由55(°)/h降低到6(°)/h,性能指标提高了1个数量级。
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  一种弹性胶粘剂在石英加速度计中的应用

  郭祎, 李纳, 祝汉岐, 章培成

  导航与控制. 2017, 16(4): 43-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.008

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  针对石英加速度计偏值问题,提出了摆片组粘接胶粘剂的选用原则,并应用有限元软件进行了仿真研究。分析结果表明,固化后弹性模量小的胶粘剂粘接面产生的应力较小,有利于提高石英加速度计偏值的稳定性。进一步对选用的弹性胶粘剂进行了强度检测,测试结果表明石英加速度计的偏值稳定性得到了明显改善。
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  MEMS陀螺静态误差补偿方法研究

  付建立

  导航与控制. 2017, 16(4): 48-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.009

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  针对典型MEMS陀螺静态误差大、影响工程上使用的难题,提出基于时间序列模型的Kalman滤波方法。通过对典型MEMS陀螺数据进行分析,提取其趋势项,进行周期检验与相关性分析,建立时间序列模型;针对建立的时间序列模型,提出利用Kalman滤波方法,消除零位不稳定性。仿真及试验结果表明,该解算方法能够有效补偿MEMS陀螺静态误差,显著提升其静态指标。
元器件技术
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  根据同时观测信息确定航天器姿态四元数的一种解析方法

  范奎武, 郭超

  导航与控制. 2017, 16(4): 55-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.010

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  介绍根据星敏感器同时观测几颗恒星的方向信息,用最小二乘法确定飞行器姿态的经典Wehba 问题。针对用四元数描述飞行器姿态的情况,推导了的一种解析算法。观测5颗恒星实例的仿真结果表明,该算法能保证飞行器体轴系相对惯性系姿态的高精度。
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  基于FPGA的谐波式电动舵机滑模控制研究与应用

  孙章军, 金震, 曹扬, 王彦利, 郭光辉

  导航与控制. 2017, 16(4): 60-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.011

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  根据谐波式电动舵机工作原理,推导了其数学模型;并针对谐波式电动舵机的特殊结构,在建模时充分考虑了摩擦和间隙非线性对舵机系统性能的影响。针对舵系统中存在的非线性问题,提出了一种滑模控制(SMC)算法;进一步为了解决滑模控制固有的抖阵问题,采用边界层与低通滤波器技术共同消除控制量的抖阵,并仿真验证了该算法的有效性。最终,采用数字芯片FPGA实现了该控制算法,并加以实验验证。实验结果表明:与传统比例积分微分(PID)控制相比,基于滑模变结构控制的电动舵机的抗干扰和鲁棒性等有较大改善;且在偏转小角度时,由摩擦和间隙非线性导致的空回和时间延迟问题也得到了较好的抑制。
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  基于双频激光干涉仪的角速率检测系统精度分析

  张大军, 刘合朋, 刘军, 闵跃军, 钟正虎

  导航与控制. 2017, 16(4): 65-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.012

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  为了能够精确检测到测试转台在低速运行下的角速率,设计了一种基于双频激光干涉仪的角速率精度检测系统。首先,对本检测系统各项误差进行机理分析。然后,综合各项误差项建立总体相对误差模型。最终,通过仿真分析得到各个误差因子对相对误差项的影响,为保证检测系统相对精度提供理论依据,能够满足对高精度惯性器件测试转台低速段0.0001(°)/s～1(°)/s速率检测要求。
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  宽温范围内光纤陀螺输入轴失准角误差及补偿技术研究

  郭超宇, 蔡春龙, 石海洋

  导航与控制. 2017, 16(4): 72-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.013

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  随着光纤陀螺使用精度的提升,输入轴失准角误差对光纤惯组精度的影响也愈发突出。为了抑制光纤陀螺失准角误差,提升惯性系统精度,分析了失准角误差的产生原因,提出了设计与生产过程中减小失准角误差的工艺要求;分析了温度环境下失准角误差补偿方法的物理意义,进而推导得出其方法误差;对多组全温范围内(-40℃~+60℃)失准角实测数据进行逐步回归分析,确定失准角误差拟合模型。试验表明,采用该补偿方法最高能够降低92%的失准角误差。
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  Chebyshev模拟滤波器离散化问题分析与解决

  刘冰, 赵长山, 赵东, 魏宗康

  导航与控制. 2017, 16(4): 78-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.014

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  针对高阶次、低截止频率的Chebyshev模拟滤波器离散化发散问题,从滤波器阶次、采样步长、截止频率、离散化方法、滤波器种类等方面进行了细致分析,得出定性原因,并针对该问题给出了通用解决方法。通过仿真实例和试验,验证了所提方法的有效性。
材料与制造
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  浅谈高精度惯性仪表制造技术特征中不可忽视的制造工艺固有特性问题

  陈白帆, 苏磊, 李野川, 王欣巍, 李江涛

  导航与控制. 2017, 16(4): 83-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.015

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  重点研究了我国高精度惯性仪表产品制造技术如何突破传统机械产品制造工艺理念和认知框架,解决高精度惯性技术(原理)产品制造合格率、参数稳定性和精度提高问题。首次在产品制造技术特征中从理论上提出了“制造工艺的固有(基因)特征性”概念,当研究提高惯性仪表精度的解决方案时,从制造角度应注意到这一“固有的遗传(基因)特征”抽象概念对产品精度影响作用。提出了在高精度惯性仪表的制造工艺设计中,应关注减小或消除这些制造工艺固有特征作为关键工艺控制因素。
综述与动态
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  惯性仪表测试技术的发展现状与趋势

  王常虹, 董燕琴, 陈效真, 任顺清

  导航与控制. 2017, 16(4): 90-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.016

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  首先对惯性仪表测试技术的国内外发展现状进行了分析,指出了该领域的发展趋势。其次,讨论了几种典型的试验方法及存在的问题。最后,针对现状给出了惯性仪表测试技术的发展建议。
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  硅微谐振加速度计的研究现状及发展趋势

  杨博, 阚宝玺, 徐宇新, 胡启方

  导航与控制. 2017, 16(4): 96-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.017

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  硅微谐振加速度计具有体积小、功耗低、准数字量输出和精度提升大的优点,是一种具有良好应用前景的高精度MEMS惯性仪表。总结分析了近些年国内外在硅微谐振加速度计方面的研究现状,主要在结构设计及工艺、测控电路设计等方面阐述了各自特点。最后,结合近些年MEMS惯性仪表的发展趋势,对硅微谐振加速度计晶圆级真空封装、测控电路数字化、仪表补偿智能化3个发展方向进行了展望。
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  电磁悬浮微陀螺概述

  王章波, 仇海涛, 米金泰

  导航与控制. 2017, 16(4): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2017.04.018

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  微陀螺具有体积小、功耗低等优点,但其精度目前仍然较低。在传统陀螺中,电磁悬浮陀螺的精度非常高,因此,对电磁悬浮微陀螺进行研究,有望获得高精度的微陀螺。介绍了电磁悬浮微陀螺的分类、原理、优缺点、结构以及研究现状。首先根据悬浮原理将电磁悬浮微陀螺分为基于磁吸力的电磁悬浮微陀螺、基于排斥力的电磁悬浮微陀螺、静电悬浮微陀螺、反磁悬浮微陀螺和超导磁悬浮微陀螺;然后分别介绍了每种电磁悬浮的悬浮原理和优缺点,以及每种电磁悬浮微陀螺的发展现状、样机结构和转子的悬浮旋转原理;最后,简述了电磁悬浮微陀螺的发展前景。