1 陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021
2 西安交通大学 机械工程学院，西安 710049
3 西安交通大学 精密微纳制造技术全国重点实验室，西安 710054
针对商用低精度惯性测量单元具有高成本、制造工艺复杂、废弃后污染环境、不能生物降解等缺点，提出一种低成本、可生物降解的木制惯性测量单元。该设计包含平衡振子和非平衡振子单元，分别用于测量3轴加速度和3轴角加速度。采用激光诱导石墨烯的工艺在木梁上制备应变传感器阵列，并形成多组惠斯顿电桥测量电路。结果表明：加速度方面，X轴灵敏度为0.006 mV/g，Y轴灵敏度为8.695×10-4 mV/g，Z轴灵敏度为0.200 mV/g；角加速度方面，X轴灵敏度为0.285 mV/（rad/s2），绕Y轴旋转的灵敏度为0.305 mV/（rad/s2），绕Z轴旋转的灵敏度为0.765 mV/（rad/s2）。与有限单元法仿真结果对比，实验测量误差在10%以内，且具有良好的重复测量精度。该惯性测量单元在木制船舶、木制载具、木制家具等方面具有潜在的应用前景。
惯性测量单元 激光诱导石墨烯 陀螺仪 加速度计 木材 Inertial measurement unit Laser induced graphene Gyroscope Accelerometer Wood
1 西北大学物理学院，陕西 西安 710127
2 西安飞行自动控制研究所飞行器控制一体化技术国防科技重点实验室，陕西 西安 710076
宽谱光源驱动谐振光纤陀螺（RFOG）利用宽带光源抑制寄生噪声。然而，宽带光源引入的过量相对强度噪声（RIN）成为陀螺精度提升的主要限制因素。因此，考虑到不同光纤环形谐振腔（FRR）参数的影响，研究宽谱光源驱动RFOG中的RIN具有重要意义。基于宽带光源驱动RFOG的传输特性，构建了宽谱光源驱动RFOG中RIN的理论模型。分析了放大自发辐射源（ASE）谱宽和谐振环的分光比对腔内RIN的影响，并通过实验验证了理论结果的准确性。这些结果为减轻宽带光源驱动RFOG系统中的RIN提供了理论参考。
光纤光学 谐振式光纤陀螺 相对强度噪声 光纤环形谐振腔 光谱 宽谱光源
1 华中科技大学人工智能与自动化学院，湖北 武汉 430074
2 多谱信息智能处理技术全国重点实验室，湖北 武汉 430074
3 华中光电技术研究所武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430223
通过对光纤陀螺温度漂移的剖析推导，分析了温度扰动引起陀螺漂移误差的深层次原因，并结合过程相关性理论，对各个温度项影响因子与光纤陀螺实际输出相关性进行验证分析，提出一种同时考虑温度、温变速率、温度梯度以及三者乘积耦合项的算法补偿模型。对该模型的补偿效果进行离线补偿验证，结果表明，采用该算法补偿模型能明显抑制光纤陀螺的变温零漂。为了进一步验证该模型的有效性，把离线获得的补偿参数载入陀螺存储器，经过多样本实验测试，补偿后可有效提高光纤陀螺的全变温零偏稳定性，验证了该补偿算法在工程上的可实施性和推广价值。
光纤光学 光纤陀螺 Shupe 效应 光纤环圈 温变速率 补偿算法
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
对于雷达天线伺服跟踪这种高动态应用环境，传统的有限脉冲响应（Finite impulse response, FIR）低通滤波抖动解调引入的时间延迟会导致较大的跟踪误差。为了解决时间延迟问题，文中提出一种FIR滤波与抖动剥除相结合的测量方法，FIR实现具有时延的精确解调，抖动剥除对FIR延迟时间段进行精确补偿。抖动剥除基于相关抵消原理，通过Kalman滤波对陀螺抖动剥除增益因子进行动态跟踪，并对时延前后的抖动量进行实时计算。文中对无延时测量方法进行了激光陀螺实验测试，测试结果表明：该测量方法能够对FIR时延时间段的抖动量进行精确计算，抖动剥除精度优于0.5″，实现了陀螺无延迟测量。FIR滤波和抖动剥除相结合兼顾了激光陀螺的高精度和实时性，具有很好的应用前景。
激光陀螺 FIR滤波 抖动剥除 Kalman滤波 ring laser gyroscope FIR filtering dither stripping Kalman filter 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230171
1 中国电子科技集团第二十六研究所，重庆 400060
2 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心，重庆 401332
3 重庆市固态惯性技术工程实验室，重庆 401332
4 重庆电子工程职业学院 智慧健康学院，重庆 401331
为了满足集成式陀螺芯片对高精度质量块的要求，该文采用电子束镀膜(EBPVD)工艺代替传统的电镀工艺，在石英微机械陀螺芯片音叉端部制作了厚约2 μm的质量块，并对质量块厚度均匀性、对准精度一致性及膜层附着力进行了研究。首先，通过调整镀膜高度和角度以满足厚度精度要求；其次，为了保证对准精度，设计了掩膜夹具和位置调整夹具；最后，通过实验确定了最佳镀膜参数。此外，对制作的质量块进行了激光修调实验，经过修调后，陀螺机械耦合误差信号的幅值从初始的301.0 mV降至17.6 mV。
陀螺芯片 机械耦合误差 电子束镀膜 激光修调 gyroscope chip mechanical coupling error electron beam physical vapor deposition (EBPVD) laser trimming
华中光电技术研究所 — 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
多普勒(DVL)计程仪采用相控阵技术进行声波信号的发射和接收, 不需声速的补偿修正, 具有精度高的特点, 而其固有的标度因数误差和水底环境复杂的问题, 影响了测速精度的稳定性, 进而使得与惯导组合定位误差降低。首先介绍了多普勒计程仪的误差特点, 然后结合惯性导航设备短期定位精度高的优势, 建立了关于多普勒计程仪标度因数误差和安装误差的高阶Kalman滤波模型, 形成组合导航定位算法, 最后利用惯导设备将该组合导航算法进行了不同湖面条件下的实测, 匀速直线航行10 km, 最大定位误差小于10 m, 一般航行20 km以内, 最大定位误差小于0.16%D, D为航程。试验结果表明：该组合导航技术具有明显的技术优势, 为组合导航产品提供了重要理论参考。
惯性导航 多普勒计程仪 组合导航 卡尔曼滤波 光学陀螺 inertial navigation system phased array DVL integrated navigation Kalman filtering optical gyroscope
核磁共振陀螺作为目前世界上体积最小的导航级陀螺, 已受到国内外的广泛重视。核磁共振陀螺通过检测磁场中原子核自旋进动频率的改变确定载体角速度, 其陀螺精度与磁场的均匀性、稳定性密切相关。导航级核磁共振陀螺需要飞特级磁场环境, 高效磁屏蔽一般仅能完成5~6个数量级的磁抑制, 还需进行主动磁补偿。该文从核磁共振陀螺磁场分布的理论分析出发, 通过数学计算和计算机仿真, 分析和研究了横向磁补偿系统的磁场分布, 并对横向磁补偿线圈进行了优化设计。设计的核磁共振陀螺横向磁补偿系统磁场均匀性较优化前提高约13倍, 满足了核磁共振陀螺的使用需求。该工作为核磁共振陀螺仪设计和制造提供了一定的理论依据和参考价值。
核磁共振陀螺仪 主动磁补偿 横向补偿线圈 磁场均匀性 nuclear magnetic resonance gyroscope active magnetic compensation lateral compensation coils magnetic field uniformity
韩世川 1,2,3林翠平 1,2,3陈婷婷 1,2,3雷霆 1,2,3卜继军 1,2,3
1 中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
2 固态惯性技术重庆市工程实验室, 重庆 401332
3 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心, 重庆 401332
全角(WA)模式的半球谐振陀螺(HRG)进动因子只与球壳谐振子的物理尺寸有关, 但由于读出电极非正交耦合及间隙失配、检测电路增益误差等检测误差, 导致进动因子的周向一致性退化。该文首先对理想半球谐振陀螺的进动因子进行了理论推导, 然后针对检测误差对进动因子的影响进行了分析, 结合具体的全角模式控制电路与算法, 提出了检测误差的校正方法, 最后通过实验验证了该校正方法的有效性。实验结果表明,进动因子的周向一致性提升了2个数量级。
半球谐振陀螺(HRG) 全角(WA)模式 进动因子 检测误差 hemispherical resonator gyroscope (HRG) whole angle (WA) mode precession factor detection error 梅松 1,2,3杨峰 1,2,3文路 1,2,3卢昱瑾 1,2,3[ ... ]林丙涛 1,2,3
1 中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
2 重庆市固态惯性技术企业工程技术研究中心, 重庆 401332
3 重庆市固态惯性技术工程实验室, 重庆 401332
针对陀螺高精度小型化需求, 该文设计了一种微半球陀螺结构, 建立微半球陀螺三维有限元模型, 研究了微半球谐振子结构对称性对陀螺性能的影响规律。提出了谐振子圆度及1~4阶质量不对称误差的评价方法, 实现了谐振子制造工艺优化, 优化后的谐振子圆度误差≤2 μm, 在此基础上研制了微半球陀螺样机。结果表明, 封装后陀螺样机的周向品质因数(Q)值分布为(9.024~9.183)×105, 均匀性为±0.87%; 速率模式下, 陀螺量程为±20 (°)/s时, 陀螺零偏不稳定性为0.013 8 (°)/h, 角度随机游走为0.006 8 (°)/h, 展现了高结构对称性微半球陀螺的性能潜力。
微型半球陀螺 圆度误差 质量不对称 品质因数(Q)值均匀性 零偏不稳定性 micro shell resonator gyroscope error in roundness quality asymmetry uniformity of quality factor(Q) bias instability
