1 北京信息科技大学自动化学院, 北京 100000
2 高动态导航技术北京市重点实验室, 北京 100000
3 现代测控技术教育部重点实验室, 北京 100000)
4 北京德维创盈科技有限公司, 北京 100000
针对惯性器件误差建模方法影响其误差补偿准确性进而影响导航系统精度的问题, 提出一种基于器件噪声统计特征还原的惯性器件误差建模方法。首先, 通过功率谱密度建模还原器件高频噪声误差; 其次, 根据低频噪声统计特征用对应的性能计算方法还原低频噪声误差, 既避免功率谱密度建模方法对器件低频噪声表征能力弱的问题, 又避免机器学习方法中前期工作量和计算量大的问题。与已有误差建模方法的对比实验表明: 器件数学模型的输出与其真实器件输出之间误差相比下降了一个数量级; 在行人导航应用中具有更高的器件误差补偿准确度, 补偿后导航位置误差降低了35.261%, 航向角误差降低了31.198%, 有效提升了行人导航系统精度。
惯性器件 噪声统计特征 误差建模 行人导航 器件误差补偿 inertial devices noise statistical characteristics error modeling pedestrian navigation device error compensation
1 华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
2 空军装备部驻北京地区军事代表局, 北京 100166
针对旋转式惯导系统导航误差随时间发散的问题, 提出了一种等效惯性器件误差计算和补偿方法。该方法基于惯性导航系统误差模型和惯性导航等效误差特性, 分析导航经纬度误差的直流分量、地球振荡项和时间发散项, 计算主要等效惯性器件误差。经过等效惯性器件误差补偿后, 经度误差发散被抑制, 纬度误差的振荡幅值由[0.4']减小到约[0.15'], 导航精度提高了62.5%。实验结果表明, 利用该方法在导航系统中补偿等效惯性器件误差, 可以抑制经度误差发散, 减小纬度误差直流分量和地球振荡幅值, 提高惯性导航精度。
旋转式惯导 等效惯性器件误差 经度误差 纬度误差 误差补偿 RINS equivalent inertial sensor error longitude error latitude error error compensation
1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
集成光子技术引领了小型化光学器件的发展，可以在单块芯片上实现非常复杂的功能。许多集成光学器件，如分光器、谐振器、激光器、放大器、滤波器和调制器等均已实现单片集成或者混合集成，各国在设计、制造复杂的光子集成器件投入了大量的研究工作。通过集成光学技术制造的光学陀螺仪可以有效减小陀螺仪的重量和尺寸，降低成本和功耗，并增加系统的可靠性，性能指标也逐渐提升，具有良好的发展潜力。本文介绍了国内外集成光学陀螺仪敏感单元的研究状况，简要分析了当前通过采用不同材料平台和新型谐振结构设计提升集成光学陀螺仪性能的研究特点，期望有助于该领域的研究人员对集成光学陀螺技术的最近进展有比较全面的了解。
集成光学 陀螺 谐振腔 惯性器件 激光与光电子学进展
2021, 58(7): 0700005
1 北京大学微米/纳米加工技术国家级重点实验室, 北京 100871
2 工业和信息化部电子第五研究所 电子元器件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室, 广东 广州 510610
基于硅-玻璃键合工艺实现敏感结构和衬底相接是微惯性器件的主流工艺方案之一。硅和玻璃热膨胀系数不同, 在惯性器件环境工作温度发生变化时, 硅玻璃接触表面会产生热应力, 该应力严重影响器件的性能。为了测量异质材料间的热失配应力以及键合锚点尺寸对应力的影响, 本文提出了一种以悬臂梁作为测试结构的锚点形变测量和数据处理方法, 用于表征器件的工艺热失配应力。根据仿真结果将锚点设计成切块形式以减小最大应力和结构形变。测试结果表明, 对于边长为600, 400和200 μm的锚点, 悬臂梁相对锚点的平均离面位移分别为0.43,0.30和0.20 nm/℃; 结果具有良好的重复性。该结果说明锚点热形变与锚点的大小直接相关, 这对MEMS惯性结构以及工艺设计改进具有重要的意义。
微惯性器件 热失配应力 悬臂梁 测量方法 离面位移 micro-inertial device thermal mismatch stress cantilever beam measurement method off-plane displacement
1 火箭军工程大学, 士官学院, 山东 青州 262500
2 初级指挥学院西安710025
3 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳471000
4 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
结合惯性器件随机误差研究的实际, 针对传统的基于时间序列的ARMA建模方法和深度学习LSTM网络进行了适用性和实时性对比分析, 通过获取具体型号的惯性器件输出数据设计了算例。研究认为在未做实时性要求的情况下, ARMA建模和LSTM网络均可以达到较好的拟合效果, 而建立LSTM网络方法可以减少提取趋势项和周期项的环节; 实时在线预测情况下LSTM网络优势明显, 但预测精度会随时间序列缩短而明显下降, 可以在一定程度上反映噪声变化的趋势并据此对整体控制系统的滤波算法进行优化。
惯性器件 随机误差 LSTM 网络 ARMA建模 inertial device random error LSTM network ARMA modeling
近年来有学者将动态Allan方差引入惯性器件的随机信号处理中，实现了对随机信号误差的特性分析。但是由于动态Allan方差采用固定窗长的函数截取随机信号，导致信号动态跟踪效果与方差估计置信度不能同时兼顾。针对此问题，提出一种基于信息熵的自适应窗长动态Allan方差，首先用截断窗内信号的信息熵表征陀螺动态信号非平稳性，根据信号信息熵的大小自适应地选取下一时刻合适窗长，并对窗内信号进行Allan方差计算，通过实验仿真，证明了该改进方法的有效性，提高了对陀螺信号动态特性的分析能力。
惯性器件 信息熵 自适应窗长 动态Allan方差 inertial component entropy of information adaptive window dynamic Allan variance
针对惯性器件具有非线性退化特性且存在少量历史退化数据的特点，采用非线性退化过程对其寿命进行评估，并给出了适用于非线性退化过程的贝叶斯方法。首先，根据Fisher信息矩阵确定两个参数的无信息先验分布；然后利用退化数据独立增量的似然函数得到参数的分布为高斯-逆伽马分布，利用相容历史数据获得第一次后验分布, 再利用新检测数据得到第二次后验分布;最终实现单台设备的参数与寿命预测结果的实时更新。实验表明，非线性退化过程的评估结果较维纳过程更为准确，所给出的贝叶斯方法能有效实现单台设备的实时预测，可为惯性器件的维护决策提供依据。
惯性器件 非线性退化过程 贝叶斯方法 剩余寿命预测 inertial device nonlinear degradation process Bayes method remaining useful life prediction
灰色理论是一种研究惯性器件退化规律，并对其进行寿命预测的有效方法。为增强新信息价值，用加权模型对非等时距GM(1,1)模型进行了改进；针对离乱数据序列无法给出确切预测值的问题，提出了灰色区间预测的新方法，该方法同时利用数据整体趋势与极值点的信息，克服了仅用极值点来提取边界函数的缺陷。建模前先检验参数序列的光滑比，对满足准光滑条件的参数序列直接采用加权灰色模型建模，否则进行灰色区间预测。实例证明，直接建模时，加权模型使预测精度由2级提升为1级，灰色区间预测时，实际值落在预测区间，其上下边界预测的平均相对误差为4.88%，预测效果得到了显著提高。
惯性器件 寿命预测 灰色模型 加权 光滑比 inertial device lifetime prediction grey model weight smooth ratio
为了对陀螺漂移趋势进行更有效的预测,提出一种基于小波分析的新型GM(1,1)-AR时间序列预测算法。该算法通过运用小波分解算法将陀螺漂移数据中的趋势项和随机项进行分离,然后分别运用GM(1,1)模型和AR时间序列预测模型对趋势项和随机项进行预测,最后用小波重构算法得出最终的预测值。给出了一种算法及具体步骤,最后用某型导弹陀螺漂移数据进行仿真实验,以检验这种算法的有效性和可行性,结果表明这种预测算法应用于陀螺漂移趋势预测是可行的。
惯性器件 陀螺漂移 灰色预测 自回归预测 小波分析 inertial device gyroscope drifting grey prediction auto-regress prediction wavelet analysis
浙江大学,物理系,光学研究所,浙江,杭州,310027
介绍了一种基于原子干涉测量的量子陀螺仪,对原子干涉的Sagnac效应原理进行了简单描述,在此基础上介绍原子Mach-Zehnder干涉仪构成的量子陀螺仪的工作原理.量子陀螺仪的测量精度比传统的高精度陀螺仪的精度高几个数量级,是新一代的陀螺仪.
陀螺仪 原子干涉 量子陀螺仪 惯性器件
