02陀螺罗经误差
MEMS陀螺仪随机漂移仿真和试验
2010年6月第36卷第6期北京航空航天大学学报 Journa l o f Be iji ng U nivers it y of A eronauti cs and A stronauti cs June 2010V o.l 36 N o 6 收稿日期:2009 04 17 作者简介:钱华明(1965-),男,安徽池州人,教授,qianhua m@sina .co m. ME M S 陀螺仪随机漂移仿真和试验 钱华明 夏全喜 阙兴涛 张 强 (哈尔滨工程大学自动化学院,哈尔滨150001) 摘 要:为了提高使用精度,研究了某微机电系统(ME M S ,M icro E lectro M echanical Syste m )陀螺仪的随机漂移模型.应用时间序列分析方法对经过预处理的陀螺仪量测数据进行建模,提出采用状态扩增法设计K al m an 滤波器.进行速率试验和摇摆试验,验证了在静态和恒 定角速率条件下,滤波后的误差均值和标准差分别为滤波前的55%和12%.针对在摇摆运动时随着振幅的增加滤波效果下降的问题,设计了自适应Ka l m an 滤波器,分析了衰减因子的选取原则.仿真结果表明:常值衰减因子法和自适应衰减因子法都能显著改善摇摆运动时的滤波效果,而自适应衰减因子法的精度更高. 关 键 词:随机漂移;时间序列分析;Ka l m an 滤波;自适应滤波中图分类号:V 241.5 文献标识码:A 文章编号:1001 5965(2010)06 0636 04 S m i ul a ti o n and experm i ent o f rando m errors of MEMS gyroscope Q ian H ua m i n g X ia Quanx i Que X ingtao Zhang Q iang (C ollege of Auto m ati on ,H arb i n Eng i neeri ng Un i vers i ty ,H arb i n 150001,C h i na) Abstr act :The rando m errors o f a m icro electro m echan ical syste m (ME M S)gyroscope w as analyzed and m ode l e d to i m prove gyroscope perfor m ance .T i m e series analysis w as used to fit the gyroscope m easure m en t data w hich had been preprocessed .State vector augm enting m ethod w as proposed to design Ka l m an filter .I n order to ver ify the va li d ity o f the m ethod,rate test and osc illati n g test had been done .A fter filtering ,in the case o f static and constant angu lar rate ,the m ean val u e and standard dev iation w ere 55%and 12%of that be f o re filtering respecti v ely .H o w ever ,the effect decreased w hen it turns to osc illating env ironm en.t Adapti v e K al m an filter w as adopted to so l v e the prob le m.The choosi n g pri n ciple of fad i n g factor w as discussed and the filtering perfor m ance o f constant fad i n g factor w as co m pared w ith tha t of adaptive factor .The results sho w ed t h a,t in t h e case o f osc illati n g ,both o f the m cou l d get a re m ar kab l e perf o r m ance i m prove m en,t and the filte ring perfor m ance o f the adaptive fading factor is h i g her t h an tha t o f the constant one . Key wor ds :rando m errors ;ti m e series analysis ;Kal m an filtering ;adaptive filteri n g 微机电系统(M E MS,M icro E lectro M echan ica l Syste m )惯性器件具有体积小、成本低、功耗少、抗冲击能力强等优点,由于这些优点,它在低成本惯性系统中获得越来越广泛的应用.但由于制作工艺等原因,目前ME M S 陀螺仪的精度仍然比较低,限制了其进一步应用.研究表明:随机漂移是影响ME M S 陀螺仪精度的重要因素,对其进行模 型辨识并滤波是提高陀螺仪性能的主要途径[1] .目前针对ME M S 陀螺仪随机漂移补偿的研究很 多,主要方法有功率谱密度法、神经网络法、小波分析法等,但这些方法计算量大,得到的模型阶数高,并不十分适合于低成本系统的实时在线估计 [2-3] .文献[4-6]提出将工程中广泛应用的 K al m an 滤波应用到陀螺仪数据处理中,处理过程是首先采用时序分析方法对陀螺仪随机漂移建模,然后设计Ka l m an 滤波器滤波.这些文献对随机漂移建立了正确的模型,然而,在建立Ka l m an 滤波器系统方程时,都没有区分真实角速率和漂
MEMS陀螺误差辨识与补偿
2010年第29卷第3期 传感器与微系统(T r a n s d u c e r a n dM i c r o s y s t e mT e c h n o l o g i e s) M E M S陀螺误差辨识与补偿 谈振藩,张勤拓 (哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘 要:由于制造工艺等原因,M E M S陀螺的随机漂移非常大,严重影响了系统的性能。通过自制的基于 M E M S的捷联惯导系统的相关实验,对M E M S陀螺的确定性误差和随机误差分别进行了辨识和补偿。完 成确定性误差补偿,对M E M S陀螺随机误差进行了时间序列分析,并建立了A R模型,根据所选模型参数 建立了随机误差的系统方程,采用经典卡尔曼滤波进行随机误差补偿。实验结果说明:无论是静态下还是 动态下,补偿后信号的方差都大大下降,说明了滤波效果较为明显,具有一定的工程应用价值。 关键词:M E M S陀螺;时间序列分析;A R模型;卡尔曼滤波 中图分类号:T P212 文献标识码:A 文章编号:1000—9787(2010)03—0039—03 E r r o r i d e n t i f i c a t i o na n dc o m p e n s a t i o no f ME MSg y r o s c o p e T A NZ h e n-f a n,Z H A N GQ i n-t u o (C o l l e g e o f A u t o m a t i o n,H a r b i nE n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y,H a r b i n150001,C h i n a) A b s t r a c t:M E M Sg y r o's r a n d o m d r i f t i s v e r yl a r g e,b e c a u s eo f t h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n do t h e r r e a s o n s, w h i c hs e r i o u s l y a f f e c t o n s y s t e mp e r f o r m a n c e.T h r o u g h e x p e r i m e n t s o f M E M S s t r a p d o w n i n e r t i a l n a v i g a t i o ns y s t e m, d e t e r m i n i s t i c a n ds t o c h a s t i c e r r o r w a s i d e n t i f i e da n dc o m p e n s a t e d.A f t e r d e t e r m i n i s t i ce r r o r w a s c o m p e n s a t e d,t h e s t o c h a s t i ce r r o r w a s a n a l y z e d b a s e d o nt i m e s e r i e s a n dA Rm o d e l w a s s e t u p.S y s t e m e q u a t i o no f s t o c h a s t i ce r r o r w a s e s t a b l i s h e d b a s e d o nt h e s e l e c t e dm o d e l a n dt h ee r r o r w a s c o m p e n s a t e db y K a l m a nF i l t e r.T e s t r e s u l t s s h o w t h a t v a r i a n c e o f M E M S g y r o s c o p e s t o c h a s t i c e r r o r r e d u c e d g r e a t l y a f t e r f i l t e r,w h i c h i l l u s t r a t e s t h e f i l t e r i n g e f f e c t i s o b v i o u s,a n d h a s a c e r t a i nv a l u e o f e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n. K e yw o r d s:M E M S g y r o s c o p e;t i m e s e r i e s a n a l y s i s;A Rm o d e l;K a l m a nf i l t e r 0 引 言 微机电系统(m i c r o-e l e c t r o-m e c h a n i c a l-s y s t e m,M E M S)陀螺仪已经出现了近二十年[1],与其他陀螺相比,M E M S陀螺在体积、成本、功耗和抗冲击能力等方面都存在很大优势,但由于早期精度较低,并没有引起重视。近些年,随着微电子加工技术的发展,M E M S惯性传感器特别是陀螺仪的精度获得大幅度的提高。基于M E M S惯性传感器的惯性导航系统己成为当今惯性技术领域的一个重要的研究热点。西北工业大学的苑伟政教授提出了虚拟陀螺的概念,通过研究同类传感器的相关性来提高其测量精度;东南大学的吉训生博士,把形态学滤波的思想引入到M E M S陀螺降噪中,具有一定的理论研究意义[2]。另外,还有很多学者提出了新的思路和方法,并仿真取得了一定的效果。但目前的众多学者的研究多处于理论研究方面,大多集中在对漂移的离线降噪。 M E M S陀螺仪精度较低的主要原因是输出信号中随机噪声含量较大,因此,在使用前对陀螺随机误差进行辨识和 收稿日期:2010—01—04降噪处理是十分必要的[3]。目前常用的陀螺仪随机误差辨识方法有自回归滑动平均(A R M A)建模法、功率谱密度分析(P S D)法和A l l a n方差分析法[4]。哈尔滨工程大学的张树侠教授针对激光陀螺和光纤陀螺的特点,分别建立了A R M A模型[5,6];东南大学的吉训生在对M E M S陀螺随机漂移信号建立A R(2)模型后,采用鲁棒性很强的H ∞ 滤波 方法,证明了H ∞ 滤波效果和实时性比小波变换要好[7]。 本文针对实际系统,从陀螺测量模型出发,全面地辨识出陀螺各误差项,尤其对M E M S陀螺随机噪声进行了建模和补偿,具有一定的工程实用价值。 1 M E M S捷联惯导系统 M E M S捷联惯导系统由M E M SI M U,信号采集电路,导航计算机,显示器,数字式电子罗盘H M R3000,G P S,键盘和电源等组成。 M E M S惯性测量单元(M E M SI M U)由6只M E M S陀螺和6只M E M S加速度计组成。M E M S捷联惯导系统框图 39 DOI:10.13873/j.1000-97872010.03.003
总方差方法在光纤陀螺随机误差分析中的应用
电V ol.39, No.1 第39卷第1期 光工程 2012年1月Opto-Electronic Engineering Jan, 2012 文章编号：1003-501X(2012)01-0062-06 总方差方法在光纤陀螺随机误差分析中的应用 石祥 国1，陈坚1，叶军1，王林2 ( 1. 第二炮兵工程学院，西安 710025； 2. 第二炮兵驻孝感地区军事代表室，湖北孝感 432100 ) 摘要：总方差方法被引入到光纤陀螺随机误差特性分析当中，有效克服了传统Allan方差法在长相关时间上计算易出现“崩溃”的问题。但用它直接分析光纤陀螺随机噪声存在算法偏差，不能真实反映角度随机游走噪声、量化噪声和指数相关噪声方差值，因此在算法上对总方差提出改进，使其适用于光纤陀螺噪声分析。对模拟的各项随机噪声进行仿真计算，验证改进后总方差方法可有效辨识噪声类型和水平。对光纤陀螺实测数据方差分析表明改进的总方差方法在平均因子较大的情况下可提高估计置信度，方差值稳定性好，比Allan方差法能更精确地分析出噪声项系数。 关键词：光纤陀螺；Allan方差；总方差；功率谱密度 中图分类号：TN253 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2012.01.011 Applications of Total Variance Method in Random Error Analysis of the Fiber Optic Gyro Signal SHI Guo-xiang1，CHEN Jian1，YE Jun1，WANG Lin2 ( 1. The Second Artillery Engineering College, Xi’an 710025, China; 2. The Second Artillery Representative Room of Xiaogan District, Xiaogan 432100, Hubei Province, China ) Abstract: Total variance is used to analyze the random noise of Fiber Optic Gyroscope (FOG), which efficiently solves the problem that the Allan variance calculation is easy to be unstable at long-term τ values. But there is algorithm error with total variance when analyzing the random noise of FOG directly, which cannot really reflect the variances of rate random walk noise, quantization noise and exponentially correlated noise. So an improved method based on total variance is presented to suit random noise analysis of FOG. The estimation performance with the simulated random noise shows that the improved total variance can efficiently identify the noise types and levels. According to the analysis of measured FOG signal, it can improve the confidence in the case of great mean index, the values of variance have a good stability, and it is better and more exact than Allan Variance in identifying noise coefficient. Key words: fiber optic gyroscope; Allan variance; total variance; power spectrum density 0 引 言 光纤陀螺(FOG)作为新一代的全固态惯性器件，已被广泛地应用于捷联式惯性导航系统。但由于其自身的结构特点和易受环境影响，输出信号中含有大量随机噪声，这些噪声往往呈现非平稳性和非正态分布特性，它们是影响光纤陀螺精度的一个关键因素。对光纤陀螺输出信号中的噪声进行有效地估计和辨识有助于进一步分析随机误差产生的原因，采取相应的补偿方法提高光纤陀螺性能。 Allan方差分析法作为IEEE认可的光纤陀螺误差项分析标准方法，能非常容易地对各种误差源及整个噪声统计特性进行细致的表征和辨识。“差分”是Allan方差分析的核心思想，即信号时域数据的二次差分收稿日期：2011-07-17； 收到修改稿日期：2011-10-19 作者简介：石国祥(1984-)，男(汉族)，陕西西安人。硕士研究生，研究方向：导航、制导与控制。E-mail:stone.712@https://www.360docs.net/doc/d114370541.html,。
光纤陀螺随机误差的测定方法研究(精)
第３３卷第２期应用科技Ｖ０１．３３．Ｎｏ．２２００６年２月ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＦｅｂ．２００６文章编号：１００９—６７１Ｘ（２００６）０２—００４０—０３ 光纤陀螺随机误差的测定方法研究 罗超１，贺林２，孙蓉１ （１．哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１） 摘要：针对光纤陀螺的随机噪声，分析了其产生的来源；对于５种主要的噪声源，运用ＩＥＥＥ公认的在时域上 对频域稳定性进行分析的方法——Ａｌｌａｎ方差法，进行了特性分析，并给出了误差系数的计算公式．同时介绍了 只测定角度随机游走系数时的２种简单测定方法：模型拟合法、归一化计算法；对于一组实际的陀螺零偏数据 进行了测定． 关键词：光纤陀螺；随机误差；Ａｌｌａｎ方差 中图分类号：ＴＨ８２４．３文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｒａｎｄｏｍｅｒｒｏｒｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｇｙｒｏ ＬＵＯＣｈａ０１，ＨＥＬｉｎ２，ＳＵＮＲｏｎ９１ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｏｕｒｃｅｏｆｒａｎｄｏｍｅｒｒｏｒｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｇｙｒｏ（ＦＯＧ）ｉｓａｎａｌｙｓｅｄ．Ｆｏｒ５ｍａｉｎｎｏｉｓｅｓ，ｔｈｅＡｌｌａｎｖａｒｉａｎｃｅｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏａｎａｌｙｓｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄｂｙＩＥＥＥ，ｉｓｕｓｅｄｔｏｍａｋｅａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｓｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｅｒｒｏｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ａｇａｉｎ，ｔｗｏｓｉｍｐｌｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ，ｍｏｄｅｌｆｉｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄａｒｅｇｉｖｅｎｔｏｍｅａｓｕｒｅｏｎｌｙｔｈｅａｎｇｕｌａｒ
第六节 陀螺罗经(已签批)
第六节陀螺罗经 1、安许茨4型罗经，在纬度20°处起动时达稳定指北需3h，若起动状态一样，则在纬度60° 处达稳定指北的时间 B 。 A．仍为3h B．大于3h C．小于3h D．A、B、C皆可能 2、在北纬静止基座上，下重式罗经主轴指北端的稳定位置是 A 。 A．子午面内水平面之上 B．子午面内水平面之下 C．子午面之东水平面之上 D．子午面之 西水平面之下 3、把自由陀螺仪改造为陀螺罗经，关键是要 B 。 A．克服地球自转 B．克服地球自转角速度垂直分量所引起的主轴视运 动 C．克服地球自转角速度水平分量所引起的主轴视运动 D．克服陀螺仪的定轴性 4、一个自由陀螺仪要成为实用的陀螺罗经，必须对其施加 D 。 A．进动力矩和稳定力矩 B．控制力矩和稳定力矩 C．进动力矩和阻尼力矩 D．控 制力矩和阻尼力矩 5、液体连通器式陀螺罗经在起动过程中，当主轴指北端向水平面靠拢时，阻尼力矩起到 A 的作用。 A．增进其靠拢 B．阻止其靠拢 C．不起作用 D．以上都不对 6、下列何种陀螺罗经采用西边加重物的垂直轴阻尼法 B 。 A．安许茨4型罗经 B．斯伯利37型罗经 C．航海1型罗经 D．阿 玛一勃朗10型罗经 7、在北纬，船用陀螺罗经在稳定位置时，为什么其主轴要在水平面之上有一高度角，主要 用于产生 A 。 A．控制力矩 B．阻尼力矩 C．动量矩 D．以上 均错 8、当陀螺罗经结构参数一定时，罗经等幅摆动的周期为84.4min所对应的纬度被称为 B 。 A．标准纬度 B．设计纬度 C．20° D．固定 纬度 9、高速旋转的三自由度陀螺仪其进动性可描述为 C 。 A．在外力的作用下，陀螺仪主轴的动量矩矢端将以捷径趋向外力方向 B．在外力矩的作 用下，陀螺仪主轴的动量矩矢端力图保持其初始方位不变 C．在外力矩的作用下，陀螺 仪主轴的动量矩矢端将以捷径趋向外力矩 D．在外力矩的作用下，陀螺仪主轴即能自 动找北指北
光纤陀螺的误差分析及建模(精)
光纤陀螺的误差分析及建模 光纤陀螺具有许多独特的优点,由此引起了世界上众多研究机构的重视。目前光纤陀螺已经广泛的应用于民用和军用战术武器的惯性系统中。各国 的研究机构也在大力研制应用于航海、航天等领域中的高精度惯导级光纤陀 螺。光纤陀螺是基于萨格奈克(Sagnac)效应的广义相对论性效应而制成的角速 率传感器,它代表了惯性仪表与元件发展的一个新方向,与传统的机械陀螺相比,光纤陀螺采用全固态设计,结构简单,反映速度快,抗冲击能力强,动态范围宽。 对它的随机误差进行数理统计分析,找出其统计特性规律,并用一定的方法对其 进行补偿,对提高光纤陀螺的导航精度将产生重要意义。本文对于量化噪声、角度随机游走、零偏稳定性、速率随机游走、速率斜坡等5种主要的噪声源,通过运用Allan方差法便可很容易地辨识出影响光纤陀螺性能的各种因素,为有针对性的采取抑制噪声措施和采用各种滤波算法提供一定的参考依据;在仿真分析中,通过对比不同小波基、不同消失矩、不同分解层数、不同阈值处理方法等情况 下陀螺信号的小波去噪效果,设计了合适的滤波方案,从抑制光纤陀螺随机噪声 的角度出发,利用小波分析法对光纤陀螺的输出进行滤波处理,验证了滤波效果;用数学建模的理论对光纤陀螺的输出进行ARMA数学建模,对建模以后的输出进 行卡尔曼滤波,实现对随机误差的补偿,并且取得比较好的补偿效果。 同主题文章 [1]. 王海,陈家斌,黄威,张延顺,汤继强. 光纤陀螺随机漂移测试及分析' [J]. 光学技术. 2004.(05) [2]. 李战,冀邦杰,国琳娜,王海陆,严由嵘. 光纤陀螺零漂信号的Allan方 差分析' [J]. 鱼雷技术. 2007.(02) [3]. 缪玲娟. 小波分析在光纤陀螺信号滤波中的应用研究' [J]. 宇航学报. 2000.(01) [4]. 缪玲娟,张方生,沈军,刘伟. 光纤陀螺漂移的数据分析及建模(英文)' [J]. Journal of Beijing Institute of Technology. 2002.(01) [5]. 罗超,贺林,孙蓉. 光纤陀螺随机误差的测定方法研究' [J]. 应用科技. 2006.(02) [6]. 李凤海,郝炜亮,许化龙. 基于小波理论抑制光纤陀螺零漂的研究' [J]. 光电子技术. 2005.(01) [7].
光纤陀螺随机误差建模与滤波方法研究(精)
第34卷增刊光学技术Vol.34Suppl. 2008年12月OPTICALTECHNIQUEDec.2008 文章编号:100221582(2008)S2******* 光纤陀螺随机误差建模与滤波方法研究 李晓峰,徐军,张胜修 (第二炮兵工程学院,西安710025) Ξ 摘要:提出了一种适用于高精度光纤陀螺的静态输出信号建模的时间序列模型,尔曼滤波器。结果表明,该建模和滤波方法有效地减小了FOG的误差,,提高了导航精度,具有较好的实用价值。 关键词:光纤陀螺;时间序列;随机漂移;卡尔曼滤波中图分类号:U666.1文献标识码:A Studyonthemodelinggyroscoperandomerror ,J,ZHANGSheng2xiu EngineeringCollege,Xi′an710025,China) Abstract:whichcanbeappliedinthemodelingofhigh2preciseFOG′sstaticoutputsignalispre2 sented,andtheKalmanfilterofFOGrandomerrorisbuilt.Theresultshowsthatthismodelingan dfilteringmethodcanreducetheerrorofhigh2preciseFOG.Thenavigationerrorsaredepresse d,andthenavigationprecisionisimproved. Keywords:FOG;timesequence;randomdrift;Kalmanfilter 1引言 陀螺仪是用于自主测量载体相对于惯性空间旋转运动的 元件,因此以陀螺仪为核心的惯性测量系统在飞行器控制与制导,空中、海上和陆上导航/定位中都起着至关重要的作用。光纤陀螺仪是利用Sagnac效应的角速度传感器。Sagnac效应是指当环形干涉仪旋转时,产生一个正比于旋转速率的相位差。光纤陀螺仪具有可靠性高、抗冲击、频带宽、成本低、平均无故障时间长等诸多优点,因此在惯性制导和导航的许多应用领域[1,2],已经将光纤陀螺仪作为一项关键技术进行研究。
【CN109798920A】基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910119366.3 (22)申请日 2019.02.18 (71)申请人 兰州交通大学 地址 730000 甘肃省兰州市安宁区安宁西 路118号 申请人 陈光武 (72)发明人 陈光武 刘洋 杨菊花 程鉴皓 (74)专利代理机构 北京智客联合知识产权代理 事务所(特殊普通合伙) 11700 代理人 李戍 (51)Int.Cl. G01C 25/00(2006.01) G06K 9/62(2006.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波 方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于改进EMD的MEMS陀螺 随机误差建模滤波方法，包括：使用EMD算法在原 始信号中提取IMF分量；基于提取的所述IMF分量 进行建模；对建模得到的模型进行Kalman滤波， 对MEMS陀螺随机误差进行实时补偿。以实现提高 MEMS陀螺仪的测量精确的优点。权利要求书2页 说明书7页 附图3页CN 109798920 A 2019.05.24 C N 109798920 A
1.一种基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波方法，其特征在于，包括： 使用EMD算法在原始信号中提取IMF分量； 基于提取的所述IMF分量进行建模； 对建模得到的模型进行Kalman滤波，对MEMS陀螺随机误差进行实时补偿。 2.根据权利要求1所述的基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波方法，其特征在于，所述使用EMD算法在原始信号中提取IMF分量，包括： 用EMD算法将原始信号分解为多个IMF和非随机项之和； 计算多个IMF的自相关函数，提取出主要含噪的IMF分量。 3.根据权利要求2所述的基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波方法，其特征在于，所述基于提取的所述IMF分量进行建模，包括： 对提取的IMF分量进行平稳性和正态性检验。 4.根据权利要求3所述的基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波方法，其特征在于，所述使用EMD算法在原始信号中提取IMF分量的步骤之前，还包括： 将测量到的陀螺随机数据表示为： y(n)＝r(n)+x(n)， 式中，r(n)为非随机项，包括趋势项和周期性；而x(n)为随机项，y(n)为陀螺随机数据；基于表达式获取原始信号。 5.根据权利要求4所述的基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波方法，其特征在于， 所述使用EMD算法在原始信号中提取IMF分量中，提取的IMF必须满足以下两个条件：在整个序列上，极值点和过零点的个数必须相同或者最多相差一个； 在每一个点上，上包络线和下包络线的平均值为零。 6.根据权利要求5所述的基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波方法，其特征在于，所述使用EMD算法在原始信号中提取IMF分量中，所述EMD算法具体包括： 设y(t)为原始信号，首先找出该信号的所有极大值点和极小值点，得到多个极值点；对所述多个极值点分别进行三次样条插值，从而形成上包络线a(t)和下包络线b(t)，以保证所有的极值点在这两条包络线之间； 计算两条包络线的均值，并定义原始信号和均值的差值，并判断差值是否满足IMF的两个条件； 从而将原始信号分为n个IMF分量和非随机项之和： imf i 为本征模态函数，r n 为非随机项，n为自然数。 7.根据权利要求6所述的基于改进EMD的MEMS陀螺随机误差建模滤波方法，其特征在于， 所述计算多个IMF的自相关函数，提取出主要含噪的IMF分量，包括： 根据自相关函数的函数值在零点处最大，其余点的函数值迅速衰减到零，呈现出弱相关性；而对于有用信号主导的数据序列，虽然自相关函数值也是零点处最大，但其他点的函数值并非迅速衰减到零，而是缓慢下降、存在一定规律的变化，呈现出强相关性的特性对IMF分量进行筛选分类。 权 利 要 求 书1/2页2CN 109798920 A
TG-5000型,DH-2型陀螺罗经正确使用
实验三、TG-5000型，DH-2型陀螺罗经正确使用 一、实验的目的 了解磁罗经的结构及各部分的作用，掌握磁罗经基本性能的检查方法，掌握磁罗经基本误差的校正方法。 二、实验内容 （一）使用常识 1．一般情况下，陀螺罗经的稳定时间为4～5小时，因此，通常在开航前4小时启动罗经。 2．某些罗经设有加速稳定装置，可将罗经主轴大致置于水平正北，从而缩短了主轴减幅摆动过程，但最迟也应在开航前2小时启动罗经。 3．停港后是否一定要停止罗经工作？停与不停，哪种有益？一般来说到港后不需要罗经时，将其停止，可减小机械磨损，延长使用寿命。但因陀螺马达启动时电流大，比工作电流大几倍，以及重新加速的磨损，考虑到这些对罗经的影响，和一些电子元件也易在启动瞬间电冲击而损坏。因此，如果船舶在港只停4～5天，那就不停为宜。但至今并不曾有某种型号罗经要求，该型号罗经启动后就再不中断，停机。 （二）TG-5000型陀螺罗经的使用 1. 启动 A．快稳启动 若船舶航向已知时（可参考磁罗经航向或码头方位），可按下列步骤启动罗经，约2小时罗经便可稳定。（1）将主罗经开关面板上的方式选择开关置于“旋转”（SLEW）位置，稍等一会（约4分钟），红灯发亮。（2）红灯亮后，向左或向右拨动“旋转开关”（SLEW SWITCH），使主罗经航向指示船舶真航向。 （3）方式选择开关置于“运转”（RUN）位置，绿灯亮。 B．正常启动 若未知船舶航向，则按下列操作启动罗经： 将方式选择开关置于“运转”（RUN）位置，绿灯亮。这种正常启动方式，罗经需4小时才能稳定。2．速度误差校正 将发送箱面板上的纬度和速度旋钮调整到船舶所在的纬度值和速度值。 3．分罗经同步 (1) 置分罗经开关到短开位置,手调分罗经同步旋钮,使其读数与主罗经刻度盘读数一致. (2) 同步后,接通分罗经开关,并检查分罗经与主罗经是否同步,若不同步则重新调整. 4．关机 将方式选择开关置于“断开”（OFF）位置。 5．电源报警 当交流船电断电时，可按下列步骤操作： （1）发送箱上的蜂鸣器发出响声，红灯亮。此时罗经电源自动转换为应急电源，主罗经可继续工作，而分罗经停止工作。 （2）按下报警按钮，蜂鸣器响声停止，红灯仍亮。 （3）当交流船电恢复正常后，蜂鸣器又发出响声，红灯继续发亮。
陀螺安装误差影响视轴稳定平台精度的机理研究_李岩
第34卷第9期 光电工程V ol.34, No.9 2007年9月 Opto-Electronic Engineering Sep, 2007文章编号：1003-501X(2007)09-0010-06 陀螺安装误差影响视轴稳定 平台精度的机理研究 李岩，张智永，范大鹏 ( 国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南长沙 410073 ) 摘要：针对陀螺安装误差影响视轴稳定平台精度的问题，深入研究了其影响的作用机理及程度。以两轴稳定平台为具体对象，应用PIOGRAM图方法，讨论了安装误差对陀螺敏感量的运动学影响。并对陀螺安装误差影响系统精度以某实际模型为例进行了仿真分析，得出了其对稳定精度影响更为具体的解释。这对陀螺安装误差的标定、机构设计中安装面精度的取定以及误差分配等都具有参考作用。 关键词：视轴稳定平台；稳定精度；陀螺；安装误差 中图分类号：V556 文献标志码：A Principle of the effect of gyro misalignment on the stabilization platforms accuracy LI Yan，ZHANG Zhi-yong，FAN Da-peng ( College of Electromechanical Engineering & Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China ) Abstract：Referring to the problem of gyro misalignment effect on the LOS stabilization accuracy, the paper researches the principle and extent of its effect. In this paper, the kinematics impact on the sensitive value of gyro misalignment for two-axis platform was discussed by using the PIOGRAM method. And the quantitative conclusion of the misalignment effect on stabilization accuracy was studied by simulating the practical stabilization platform. The result can be used to explain the effect of gyro misalignment on the stabilization accuracy in detail and to instruct the gyros’ calibration, tolerance selection of alignment faces and error allocation, etc. in the installation of LOS stabilization platform. Key words：LOS stabilization platform; stabilization accuracy; gyro; alignment error 引 言 运动载体光电跟踪、瞄准、测量等功能的实现，其前提在于保证跟踪瞄准仪器(视轴指向)在载体运动环境下相对惯性空间的稳定。当前的视轴稳定平台系统多利用速率陀螺敏感相对惯性空间的角速度实现稳定，依据陀螺安装位置的不同，又可分为直接稳定和间接稳定(捷联)两种方式[1]。捷联稳定通过安装在基座处的陀螺直接敏感基座相对惯性空间的角速度(干扰运动)，与轴系回转角速度合成作为反馈参考量驱动伺服系统进行视轴稳定。许多国内外学者也对此类系统的陀螺安装问题进行过试验和标定工作[2-3]。而直接稳定(即平台稳定)方式，陀螺直接敏感被稳定对象(如CCD、红外成像仪、天线、测距机等)的空间角速度，其载体运动角速度经多轴伺服机构耦合至陀螺坐标系，陀螺安装误差影响下的角速度转换关系相对复杂，本文即以直接稳定的视轴稳定平台为对象，采用两轴瞄准线(Line of Sight ,LOS)稳定系统为具体实例，详细地分析陀螺安装误差对系统稳定性能的影响。 收稿日期：2006-11-20；收到修改稿日期：2007-06-15 基金项目：“十五”国防预研项目 作者简介：李岩(1978-)，女(回族)，吉林松原人，博士，主要研究工作是光电稳定跟踪伺服控制技术。E-mail:yanli_78@https://www.360docs.net/doc/d114370541.html,
光纤陀螺的误差分析
光纤陀螺仪的误差分析目前光纤陀螺的研究和应用中还存在着一些关键技术需要作进一步的深入研究。最突出的问题就是存在许多难以解决的误差源。 一、光纤陀螺仪的分类 光纤陀螺按其光学工作原理可分为三类： 1、干涉式光纤陀螺（IFOG） 2、谐振式光纤头陀螺（RFOG） 3、受激布里渊散射式光纤陀螺（BFOG） 其中干涉式光纤陀螺技术已完全成熟并产业化，而谐振式光纤陀螺和受激式布里渊散射式光纤陀螺还处于基础研究阶段，尚有许多问题需要进一步探索。 所以这里主要探讨干涉式光纤陀螺的误差分析。 二、干涉式光纤陀螺原理 干涉式光纤陀螺的主体是一个萨格奈克（Sagnac）干涉仪，由宽带光源（如超发光二极管或光纤光源）、光纤耦合器、光探测器、Y分支多功能集成光学芯片和光纤线圈组成，其原理基于萨格奈克效应：当陀螺旋转时，光纤线圈内沿顺时针和逆时针方向传播的两束广波之间产生一个与旋转角速率成正比的相位差： 式中：R为光纤线圈的半径；L为光纤长度；为光源平均波长；c为真空中的光速。
图1 干涉式光纤陀螺的机构组成 三、光纤陀螺的噪声来源 由于环境及光纤陀螺本身的各种噪声源的影响，光纤陀螺输出信号中存在着各种随机误差项。为了减少光纤陀螺的误差并提高其精度，需要对其进行性能评价，辨识出影响其精度的主要误差源，以便进一步采取措施消除相关的随机误差。 在实际系统中，萨格纳克效应非常微弱，构成光纤陀螺的每个元件都可能是噪声源，而且存在各种各样的寄生效应，它们都将引起陀螺输出漂移和标度因数的不稳定性，从而影响光纤陀螺的性能。 主要误差源 1.光源噪声 光源是干涉仪的关键组件，光源的波长变化、频谱分布变化、输出光功率的波动、返回光的干扰，都将直接影响干涉的效果。另外，返回到光源的光直接干扰了它的发射状态，引起二次激发，与信号光产生二次干涉，并引起发光强度和波长的波动。 (1)光源的波长变化的影响 可通过信号处理的方法加以解决。若波长变化是由温度变化引起，则可直接测量温度而校正波长，否则，必须测量波长进行校正。 (2)返回光的影响 可采用光隔离器、信号衰减器、或选用超发光二极管(SLD)之类的低相干光源，
陀螺罗经
陀螺罗经 B1、安许茨4型罗经，在纬度20°处起动时达稳定指北需3h，若起动状态一样，则在纬度60°处达稳定指北的时间。 A．仍为3h B．大于3h C．小于3h D．A、B、C皆可能 A2、在北纬静止基座上，下重式罗经主轴指北端的稳定位置是。 A．子午面内水平面之上 B．子午面内水平面之下 C．子午面之东水平面之上 D．子午面之西水平面之下 B3、把自由陀螺仪改造为陀螺罗经，关键是要。 A．克服地球自转B．克服地球自转角速度垂直分量所引起的主轴视运动 C．克服地球自转角速度水平分量所引起的主轴视运动 D．克服陀螺仪的定轴性 D4、一个自由陀螺仪要成为实用的陀螺罗经，必须对其施加。 A．进动力矩和稳定力矩 B．控制力矩和稳定力矩 C．进动力矩和阻尼力矩 D．控制力矩和阻尼力矩 A5、液体连通器式陀螺罗经在起动过程中，当主轴指北端向水平面靠拢时，阻尼力矩起到的作用。 A．增进其靠拢 B．阻止其靠拢 C．不起作用 D．以上都不对 B6、下列何种陀螺罗经采用西边加重物的垂直轴阻尼法。 A．安许茨4型罗经 B．斯伯利37型罗经 C．航海1型罗经 D．阿玛一勃朗10型罗经 A7、在北纬，船用陀螺罗经在稳定位置时，为什么其主轴要在水平面之上有一高度角，主要用于产生。 A．控制力矩 B．阻尼力矩 C．动量矩 D．以上均错 B8、当陀螺罗经结构参数一定时，罗经等幅摆动的周期为84.4min所对应的纬度被称为。 A．标准纬度 B．设计纬度 C．20° D．固定纬度C9、高速旋转的三自由度陀螺仪其进动性可描述为。 A．在外力的作用下，陀螺仪主轴的动量矩矢端将以捷径趋向外力方向 B．在外力矩的作用下，陀螺仪主轴的动量矩矢端力图保持其初始方位不变C．在外力矩的作用下，陀螺仪主轴的动量矩矢端将以捷径趋向外力矩 D．在外力矩的作用下，陀螺仪主轴即能自动找北指北 C10、舒拉条件是指当陀螺罗经的等幅摆动周期为，陀螺罗经不存在第一类冲击误差。 A．6h B．90min C．84.4min D．60min B11、陀螺罗经的阻尼因数表示主轴减幅摆动过程快慢程度，其大小在范围。 A．1～2 B．2.5～4 C．5～10 D．以上均错 D12、根据“海船航行设备规范”的要求，一般要在开航前4～6h起动陀螺罗经，这是因为。 A．罗经约经3个周期的阻尼摆动才能达到其正常工作温度 B．罗经约经3个周期的阻尼摆动才能达到其正常工作电流 C．罗经约经3个周期的阻尼摆动才能达到稳定