半球諧振陀螺儀誤差分析與測試技術(shù).pdf

1、半球諧振陀螺儀是一種極具發(fā)展前景的新型高精度哥氏振動陀螺儀，它是航空和航天飛行器捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中最有前景的敏感器件之一，它具有高精度、長壽命的特點，將在兵器、航空、航天等多種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是在環(huán)境衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、空間站、月球探測、太空天文望遠鏡和深空探測等空間應(yīng)用中，它無疑是最佳的選擇，并將具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文分析了半球諧振陀螺的結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢，對半球諧振陀螺儀的國內(nèi)外研究歷史、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了系統(tǒng)綜述，介紹了

2、其在空間任務(wù)中的應(yīng)用實例，對陀螺儀的誤差模型、辨識和標定方法進行了深入研究。
　　首先，以半球諧振子為研究對象，在基?；舴?李雅夫假設(shè)條件下，利用曲面論的知識，通過對半球薄殼上中曲面上一點進行應(yīng)變分析和應(yīng)力分析，得出距離中曲面法向任意距離的任意點的應(yīng)力；通過對應(yīng)力積分，計算出所選取得薄殼單元的力和力矩，得到了三個力平衡方程，為半球諧振子的動力學(xué)分析打下了基礎(chǔ)。
　　其次，利用求解微分方程的布勃諾夫-加廖爾金法和半球諧振子的力

3、平衡方程，假設(shè)陀螺儀處于三維角速率和角加速度的力學(xué)環(huán)境下，得到了陀螺儀諧振子的動力學(xué)方程，并進一步推導(dǎo)出陀螺儀動態(tài)誤差模型。在建立的動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，分析了諧振子質(zhì)量不均勻?qū)敵鼍鹊挠绊?。針對陀螺儀處于線振動情況下，分析了諧振子質(zhì)量不均勻?qū)鹊挠绊憽?br>　　然后，給出了對半球諧振陀螺儀的基本參數(shù)，包括標度因子、零位偏置、線性度、標度因子的對稱度、閾值等進行測試的方法。設(shè)計了陀螺儀的靜態(tài)誤差模型的辨識方法，采用極軸翻滾法測試了半

4、球諧振陀螺儀的與比力有關(guān)的靜態(tài)誤差模型系數(shù)。設(shè)計了采用單軸速率-雙軸位置滾轉(zhuǎn)法，即在三軸轉(zhuǎn)臺上采用外環(huán)軸以勻角速率運動、內(nèi)環(huán)軸和中環(huán)軸處于位置狀態(tài)來辨識陀螺儀與角速率有關(guān)的誤差模型系數(shù)，并采用雙球面布點的試驗計劃，即外環(huán)軸處于兩個不同勻角速率來辨識誤差模型系數(shù)，克服了單球面布點的信息矩陣的降秩問題。設(shè)計了雙軸速率-單軸位置試驗方法，即三軸轉(zhuǎn)臺的內(nèi)環(huán)軸處于位置狀態(tài)，外環(huán)軸和中環(huán)軸以勻角速率運動，來辨識陀螺儀動態(tài)誤差模型系數(shù)的方法。設(shè)計了三

5、軸速率試驗方法，即三軸轉(zhuǎn)臺三軸同時處于勻角速率時，在內(nèi)環(huán)軸將激勵出交變的角速率和角加速度，可以作為陀螺儀的輸入，再通過陀螺儀的輸出可以辨識出動態(tài)誤差模型系數(shù)。最后通過設(shè)計不同的中環(huán)和內(nèi)環(huán)的速率比，選取了最優(yōu)三軸速率試驗計劃。通過設(shè)計的這些方法，可以在三軸轉(zhuǎn)臺上實現(xiàn)陀螺儀各誤差模型系數(shù)的序貫測試。
　　最后，針對半球諧振陀螺儀的隨機噪聲特性，對半球諧振陀螺儀的零漂進行了 Allan方差分析，設(shè)計了不同陀螺同頻率采樣、同一陀螺變頻率采