摘要：案例式教学将典型科研实际案例与课程教学有机结合,是一种提高实操类课程教学效果的有效手段。介绍了ANSYS有限元仿真软件的应用范围及光电类研究生有限元仿真实验的课程设计情况、课程讲授基本要点,结合科研教学实际,设计了多个实践训练案例。以激光陀螺结构分析为典型案例,介绍了有限元仿真在激光陀螺抖动机构优化设计中的详细教学示例和具体应用,为光电类研究生教学科研提供指导。教学实践表明,在有限元仿真课程中引入科研中的典型案例有助于提高教学效果,有助于学员快速掌握有限元仿真工具,对提高光电类研究生科研能力有益。

摘要：横坐标系下设计的惯性/多普勒测速仪(INS/DVL)组合导航滤波器可以满足无人潜航器(AUV)极区导航的需要,但在AUV进入、离开极区时导航坐标系的切换会引起滤波器结构变化,使系统的误差状态参数估计值产生震荡,影响导航精度。针对此问题,提出了基于协方差变换的INS/DVL全球组合导航算法,设计了横地理坐标系下的INS/DVL组合导航滤波器,并推导建立了地理坐标系与横地理坐标系下滤波器系统误差状态及其协方差矩阵的转换关系。AUV进入、离开极区过程中,导航坐标系切换时同时完成导航参数、滤波器参数的转换。通过船载实验与半实物仿真实验对所提算法的有效性进行了验证,结果表明:在导航坐标系切换过程中,协方差变换算法能够有效改善滤波器估计值不稳定问题,相比于无协方差变换,导航参数震荡误差减小50%以上,提高了组合导航系统稳定性。

摘要：针对惯性导航系统现有加速度计电流信号转换电路的不足,提出了一种基于电荷平衡和自动跟踪原理的加速度计电流数字转换方法(CDC),从工作原理上大幅提升转换电路性能。CDC对输入电流和反馈跟踪电流积分输出误差电压,依据该误差电压实时调整其数字输出d以及与d成比例的反馈跟踪电流,实时反馈控制使误差电压稳定在0附近,实现输入电流和反馈跟踪电流二者电荷平衡。设计了单路CDC电路用于原理验证和性能测试。实验表明,±40 mA电流范围内CDC电路标度因数不对称性优于5 ppm,非线性优于10 ppm,电流分辨率优于0.5 nA,动态范围大于164 dB;采用查找表技术补偿后-40℃~+60℃温度区间零偏变化小于30 nA、标度因数变化小于20 ppm,且各性能指标均有较大改善空间。电荷平衡和自动跟踪型加速度计电流数字转换技术具有动态范围大、精度高、分辨率高、易补偿等优点,具有非常好的应用前景。

摘要：激光陀螺比例因子的修正量是其一项重要的误差源,为深入研究此修正量的实际大小,文章针对某型激光陀螺进行了理论计算及实验验证,得到了比例因子在不同腔频下的调谐曲线。实验数据表明,对比例因子精度要求不超过1×10-7时,则稳频的影响比较小,这对稳频电路的设计具有一定的参考意义。

摘要：为了满足惯导系统对机械抖动激光陀螺快速跟踪方面的应用需求,基于相关滤波技术实现了激光陀螺抖动误差信号的剥除。首先从理论上对基于相关滤波去除抖动的思想进行了详细的分析,提出了基于相关滤波进行抖动剥除的开环模型,为了提高系统的稳定性,在开环模型的基础上提出了闭环模型。其次介绍了基于相关滤波闭环模型实现抖动剥除的软硬件设计,最后用所研制的系统对某一型号的激光陀螺进行了测试,通过对采样信号和误差信号的观测,系统工作稳定,在5kHz的采样条件下,陀螺剥除后的剩余脉冲控制在±1内。

摘要：自动跟踪型加速度计电流数字转换电路的稳定运行需要优化系统控制器的比例积分微分(Proportional Integral Derivative,PID)参数,但是调整参数时多采用试凑、经验判断等方法,此类方法存在调节时间长、控制精度低的问题。针对这一问题,提出了基于根轨迹法求解控制系统的PID参数。此方法首先构建连续控制系统的数学模型,采用根轨迹法求解控制系统的校正控制器参数,校正后的控制系统动态性能指标接近期望值,-3dB带宽达到6.2kHz;然后,采用连续域-离散化设计法对连续域控制器进行离散化处理;最后,基于Simulink分别构建连续域与离散域的闭环控制系统仿真模型。仿真结果表明,两个系统的阶跃响应曲线特性基本相同。在离散域中,输入单位阶跃信号时,系统稳定且输出稳态误差为0。仿真结果可用于电流数字转换电路控制参数优化。

摘要：对有限光源线宽情况下反射式光纤谐振环的响应特性进行了研究,得到了光纤谐振环各谐振特性参量的表示式.分析了特性参量与光源线宽和耦合器特性的关系,结合对方波调制谐振腔光纤陀螺极限灵敏度的分析,给出了设计高灵敏度谐振腔光纤陀螺光纤谐振环的要求和原则.进行了谐振腔光纤陀螺用光纤谐振环的实验研究,制作了适用于谐振腔光纤陀螺的高精细度和高谐振深度光纤谐振环.

摘要：针对双轴旋转捷联惯导系统自标定旋转路径和旋转调制方案不一致的问题,48次序一体式方案将标定路径和旋转调制方案融合,减小了实际操作的复杂性,提高了导航精度。为减少48次序方案的冗余次序,进一步增强旋转调制效果,提出了一种改进的40次序一体式旋转方案。所提方案不仅能同时实现自标定和旋转调制功能,而且由惯性器件安装误差引起的数学平台姿态角误差小于传统16次序方案,对零偏误差的调制周期短于48次序一体式方案。基于奇异值的可观测度分析及仿真和实验结果表明,40次序方案的标定结果更接近真实值,经过旋转调制后的导航误差更小。在3天的导航时间内,所提方案的速度精度和位置精度相比于48次序一体式方案分别提高了20%和12%。

摘要：去除激光陀螺输出信号中的抖动信号是机械抖动偏频激光陀螺信号处理电路的主要工作之一。为了满足机械抖动偏频激光陀螺在快速跟踪中的应用要求,基于现场可编程芯片(FPGA)实现了激光陀螺自适应抖动剥除的软硬件设计,其次在静态条件下对系统抖动剥除效果和剥除后的激光陀螺零偏进行测试,最后进行动态试验,给出了LMS自适应抖动剥除的动态响应曲线,验证了LMS自适应抖动剥除的零延时性。实验结果表明,系统能有效去除陀螺输出信号中的抖动成分,其相位延迟几乎为0,完全可应用于需要实时输出角速率信息的场合。

摘要：针对粒子群优化算法容易陷入局部最优以及早熟等缺点,结合遗传算法的选择交叉变异算子进行改进,得到一种新型PSO算法。将该方法应用于PID控制系统参数调优和被控对象参数辨识,仿真结果显示所提出的算法优化效果优于基本粒子群优化算法和遗传算法,收敛性能也得到较大提高。