2018年, 第17卷, 第5期　刊出日期：2018-10-05

  

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综述与动态
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  基于飞行时间的三维成像研究进展和发展趋势

  侯飞, 韩丰泽, 李国栋, 孙怡, 孙志斌

  导航与控制. 2018, 17(5): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.001

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  随着数字成像技术的发展,三维成像已被应用在许多领域中,如自动驾驶汽车、机器人和生物医学成像。基于飞行时间(Time of Flight, TOF)的三维成像相机在记录强度和深度信息的同时,在成像速率、功耗、体积等方面有突出的优势,这也使得TOF相机在诸如计算机图形、机器视觉、机器人控制中的应用越来越多。介绍了TOF相机的发展情况,详细分析了TOF相机的成像原理、误差来源,总结了当前基于TOF相机的研究及应用情况,最后阐述了TOF相机的发展趋势。
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  航天器太阳电池阵驱动装置的新进展

  王友平, 苗新

  导航与控制. 2018, 17(5): 8-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.002

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  通常长寿命三轴稳定卫星都采用帆板式太阳电池阵进行能源供应,并使用太阳电池阵驱动装置使电池阵对日定向。国际上从20世纪60年代开始,不断开发研制太阳电池阵驱动装置,以满足在大功率、小型化、适应恶劣环境等方面的特殊需求,经过几代的发展,取得了长足的进步。根据国内收集的相关信息和资料,通过介绍国际该领域的发展及对应需求的典型产品,尝试分析该领域中相应的应用、研究的重点及发展的方向。
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  三轴矢量原子磁力仪综述

  董海峰, 李继民

  导航与控制. 2018, 17(5): 18-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.003

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  原子磁力仪可分为标量磁力仪和矢量磁力仪两大类。标量磁力仪的测量结果与传感器的姿态无关,对平台的机动不敏感。矢量磁力仪能够获得更多的磁场信息,可以实现更精确的磁源定位。目前,共有7种三轴矢量原子磁力仪,测量方法分别为磁场扫描法、磁场旋转调制法、磁场轮流抵消法、磁场投影法、磁场交叉调制法、磁场分立调制法和自旋进动调制法。重点对上述7种三轴矢量原子磁力仪的测量方法进行了整理和分析。
量子技术
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  一种Mx构型氦光泵磁力仪的磁共振理论分析与实验验证

  卢远添, 石永麒, 张乐, 朱万华, 张晓娟

  导航与控制. 2018, 17(5): 26-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.004

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  从亚稳态氦原子的Liouville方程和Bloch方程出发,研究了基于Mx构型的亚稳态氦原子的光磁双共振过程,建立了光探测磁共振线型的理论模型,并通过实验对幅值信号与相位信号的磁共振线型仿真结果进行验证,实测曲线与理论预测匹配较好。对共振线宽进行了估算,讨论了影响磁力仪工作灵敏度的磁力仪设计参数,这对Mx构型氦光泵磁力仪的研制有重要的指导意义。
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  泵浦光功率对核磁共振陀螺仪零偏的影响分析

  黄伟, 刘院省, 贺宇, 王妍, 霍丽君

  导航与控制. 2018, 17(5): 33-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.005

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  核磁共振陀螺仪中,泵浦光频率和功率参量会对陀螺性能产生重要影响。研究了泵浦光功率对核磁共振陀螺仪零位的影响,阐明了不同谱线加宽条件下泵浦光功率稳定性与核磁共振陀螺仪零偏稳定性的关系。结果表明,泵浦光功率改变0.7‰,陀螺零位变化0.41(°)/s,且缓冲气体压强增大可以减小泵浦光功率对零位的影响。
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  原子气室工作温度对CPT磁力仪品质因子的影响

  桑建芝, 康海霞, 卢向东, 孙晓洁, 王学锋

  导航与控制. 2018, 17(5): 37-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.006

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  原子气室的工作温度是影响CPT磁力仪灵敏度的重要参数,研究表明,基于品质因子优化后的气室温度大于基于幅值优化后的气室温度。通过设计实验装置,测试多种气压原子气室工作温度与CPT信号品质因子的变化关系,给出幅值、线宽与原子气室温度变化的关系曲线。实验结果表明,与利用幅值优化后气室温度相比,品质因子优化后原子气室的最佳工作温度点可有效提高CPT磁力仪灵敏度。
组合导航
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  低成本GNSS接收机芯片载波相位测量技术

  何晓峰, 吴美平

  导航与控制. 2018, 17(5): 42-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.007

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  当前具备载波相位测量的GNSS接收机能够实现高精度定位,但其成本高、体积大,难以广泛应用于大批量的手机、平板电脑等消费电子产品。针对ST公司的STA8090接收机芯片并改进其软件和晶振以获得载波相位信息,采用双差和三差方程测试评估载波相位测量的精度,与测绘型接收机进行对比。基于改进的STA8090接收机芯片构建双天线定姿系统原型样机,静态测试评估了相对定位和定向精度。研究结果表明,千米级静态相对定位精度优于0.01m,在1.23m基线条件下定向精度优于0.1°。因此,采用低成本GNSS接收机芯片实现高精度载波相位测量的技术方案是可行的,具备广阔的市场应用前景。
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  严格逆向过程的捷联惯导快速回溯对准

  李斌, 蔡春龙, 孟祥涛

  导航与控制. 2018, 17(5): 49-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.008

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  回溯对准是利用高性能计算机反复进行正向和逆向导航解算来实现惯导系统的初始对准。对捷联惯导系统回溯参数辨识对准技术进行了研究,首次将严格逆向过程用在常规回溯对准中,其逆向过程不采用常规的近似解算,而是严格由正向过程的终点递推至起点,这可有效缩短惯导姿态失准角的估计时间,从而可相应提高捷联惯导在相同对准精度下的对准速度。最后,利用光纤陀螺捷联惯导系统进行了离线对准试验。结果表明,该对准方法的对准时间比常规回溯对准法缩短了1/3以上,证明了该对准方法的正确性、可行性。
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  滑动式Thiele型连分式插值方法在GPS精密星历中的应用

  苏焕荣, 赵伟, 杨盛伟

  导航与控制. 2018, 17(5): 54-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.009

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  在动态GPS精密定位中,必须使用高精度的GPS卫星轨道数据,但是IGS组织只提供15min间隔的精密星历,无法满足间隔时间较短的动态定位要求,用多项式逼近效果很差,另外对于不同的星历插值没有高效的方法能确定最佳多项式阶数。因此,利用Thiele型连分式建立有理函数,并在此基础上提出滑动式Thiele型连分式插值的方法,简化了方法又提高了内插精度,并通过算例与Lagrange多项式和Chebyshev多项式进行了分析和比较,结果表明该插值方法可以更加有效地改进插值精度。
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  晃动基座捷联惯导系统初始对准迭代方法

  侯淑华, 梁康, 纪文涛, 赵龙

  导航与控制. 2018, 17(5): 60-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.010

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  由于受风力或发动机启动等因素的影响,惯导系统载体(如导弹、飞机、舰船和车辆)经常遇到低频晃动的情况。晃动干扰使得陀螺测量到的地球自转角速度信噪比大幅下降,从而导致常用的对准方法无法满足高精度初始对准要求。针对这一问题,提出了一种基于晃动基座的捷联惯导系统迭代初始对准方法。本方法由惯性导航计算出水平速度误差,利用最小二乘法估算出水平角速度误差、姿态误差和航向误差,然后进行迭代计算,从而算出导航初始时刻的姿态和航向。车载(发动机启动)试验结果表明,该算法既提高了晃动基座条件下的初始对准精度,航向角误差的方差采用静态对准时为0.39244°,摇摆对准为0.03331°,本文采用的迭代对准为0.00883°,缩短了对准时间,迭代对准2min的航向角精度等效于静态对准和摇摆对准5min的精度。
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  一种提高捷联惯导系统动基座初始对准精度的方法

  赵政, 刘冰

  导航与控制. 2018, 17(5): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.011

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  捷联惯导系统初始对准精度直接影响系统导航精度,以适用于动基座的惯性凝固系粗对准方法为基础,针对船载设备动基座机动条件,通过实际数据分析,提出了一种粗对准方案,在相同的载体运行条件下,对减小粗对准误差,进而提高导航精度有一定帮助。相对于原粗对准方法,通过试验仿真验证,粗对准精度均有所提高,在此基础上初始对准后,1h导航定位误差从2nmil提高到约0.45nmil。
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  小波滤波在光纤惯导抗干扰初始对准中的应用

  石利利, 张志鑫, 吴海仙, 吉云飞

  导航与控制. 2018, 17(5): 72-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.012

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  针对光纤陀螺捷联惯性导航系统在晃动基座条件下传感器的输出噪声增大,导致对准结果收敛过程振荡剧烈、对准时间长、对准精度低的问题,提出了一种小波实时预滤波方法,确定了最优的小波基和分解级数,采用滑动数据窗、对称周期拓展和软阈值函数处理相结合的方案实现对惯性仪表的实时降噪。实验证明,该小波预滤波方法可以有效抑制惯性仪表输出信号的高频噪声。在晃动基座条件下,航向角大约在精对准50s后收敛,其1σ值为2.77′,且与预滤波前相比,姿态角收敛过程更加平缓。
测试与制造
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  一种高精度MEMS陀螺仪g值敏感系数误差的标定方法

  周彬, 赵万良, 石然, 马吉雨, 付伟平

  导航与控制. 2018, 17(5): 78-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.013

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  针对高精度MEMS陀螺仪存在g值敏感系数误差的问题,设计了一种基于16位置的g值敏感系数标定方法,并建立了相应的误差模型。实验表明,该方法能够有效地减少MEMS陀螺仪因加速度所引起的g值敏感系数误差,在经过误差补偿之后能够较好地表征出地球自转角速率,提高了MEMS陀螺仪在动态情况下的测量精度和性能,具有较好的参考和研究意义。
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  光纤陀螺多通道并行自动测试工艺技术

  李梅娟, 马瑞, 时东海

  导航与控制. 2018, 17(5): 83-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.014

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  针对光纤陀螺测试过程中,测试项目多、步骤复杂、测试时间长、人为记录数据容易出错等问题,在分析测试内容的基础上提出多通道并行测试方案,设计测试工装、电缆、电路等硬件系统,开发相应的测试软件。与单只光纤陀螺测试方法相比,能够有效地减少光纤陀螺的测试时间,提高测试效率。
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  一种惯性导航用减振器的低温工作特性

  郭瑞毅, 马利宁, 涂春潮, 任玉柱, 苏正涛

  导航与控制. 2018, 17(5): 88-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.015

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  使用带有环境温湿度箱的电磁振动台进行一种航空惯性导航用减振器(JZ-2)的低温动态性能测试,研究了该型减振器的低温(-70℃~20℃)工作特性,得到该减振器的谐振频率以及放大倍数在温度降低条件下的变化规律,并将谐振频率与温度的关系推广至压剪型硅橡胶减振器,为航空器用惯性导航设备在高寒地区的设计以及使用提供参数依据。研究结果表明,当温度低于室温,压剪型橡胶减振器的低温谐振频率与温度的关系符合一阶指数衰减函数。
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  基于PSD的并联微定位平台位姿检测方法

  荆龙宾, 梁康, 黄山云, 闫军伟, 夏刚

  导航与控制. 2018, 17(5): 92-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.016

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  位置姿态(以下简称位姿)检测是研究六自由度定位平台的技术难点之一,为了快速准确测量六自由度并联微定位平台的位姿,验证平台的定位精度,基于多片二维PSD光电位置传感器设计了六自由度光学位姿检测系统。依据几何光学理论,建立了六自由度位姿解算的数学模型。通过仿真计算,该算法可以快速准确解算六自由度定位平台位姿。进一步分析了该模型在考虑存在测量误差时的理论计算误差,结果表明,基于二维PSD位置传感器的六自由度光学位姿检测系统在解算六自由度定位平台位姿的同时,具备较高的测量精度。
平台与仪表
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  光纤陀螺本征频率对准误差引起的零偏漂移抑制方法

  石海洋, 于海成, 冯文帅, 郑晓娟

  导航与控制. 2018, 17(5): 100-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.017

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  在温度环境下,光纤环的伸缩及光折射率的变化等会引起光纤陀螺本征频率发生变化,产生光纤陀螺本征频率与陀螺调制频率对准误差,进而导致探测器信号中的“尖峰脉冲”信号发生变化,使光纤陀螺产生零偏漂移。通过分析光纤陀螺本征频率的变化,提出了一种调制频率自动跟踪本征频率的方法,从而减小了温度条件下光纤陀螺的零偏漂移。试验验证结果表明,采用该方法的光纤陀螺在-40℃～+60℃的温度范围内固定温度点下的零偏极差减小了50%。
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  惯导平台长时间通电有限元热分析

  关永祥, 汪立新, 王琪, 刘德俊

  导航与控制. 2018, 17(5): 106-113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2018.05.018

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  长时间通电会造成惯导平台腔内温度场发生较大变化,鉴于惯性仪表对环境场的敏感性,温度的变化将极大影响平台的性能。通过某型气浮惯导平台长时间通电温度场变化有限元热分析,建立了通电时间与平台各部件温度场模型、平台腔内温度场模型以及台体耦合的热弹性结构模型,得到了温度场分布的量化结果,分析了平台台体的热应力分布情况。在温度数据的处理过程中,利用Matlab构建数据模型,预测了各部件及腔内的温度变化趋势,并通过对比试验数据,验证了仿真结果的正确性,为后续研究提供了理论基础。