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倾力宇航科技发展创新光纤陀螺技术——访中国航天电子技术研究院十三所副所长王巍

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中国科技奖励 2012年第5期20卷 46-50页

作者：彭玲玲张亚婷仇婕《中国科技奖励》编辑部

光纤陀螺作为关键的惯性仪表，在军事上具有极高的应用价值，这使得它出现之初就引起各国的重视，经过30年的发展，光纤陀螺已经成为惯性技术领域的主流陀螺，并在多个领域得到了成功的应用。2011年，我国的“天宫一号”与“神舟八号”... 详细信息

光纤陀螺作为关键的惯性仪表，在军事上具有极高的应用价值，这使得它出现之初就引起各国的重视，经过30年的发展，光纤陀螺已经成为惯性技术领域的主流陀螺，并在多个领域得到了成功的应用。2011年，我国的“天宫一号”与“神舟八号”顺利实现了交会对接，其中，光纤陀螺惯测装置发挥了重要作用。近日，记者专访了光纤陀螺及其惯测装置的主持研制者、中国航天科技集团公司研究员王巍。

关键词：中国航天科技集团公司光纤陀螺技术科技发展电子技术研究院宇航所长创新

基于视觉技术的光纤陀螺闭合光路光纤缺陷检测方法

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中国惯性技术学报 2014年第2期12卷 265-270页

作者：葛文谦王巍高峰单联洁中国航天电子技术研究院北京100094

针对光纤陀螺内部光纤在装配后光路闭合,无有效手段进行光纤缺陷检查,对光纤陀螺长期稳定可靠工作带来潜在危险的问题,提出利用红外视觉检测技术检查光纤缺陷,分析光纤缺陷图像特征,采用最大熵法进行图像分割,提出了结合直方图特征、缺... 详细信息

针对光纤陀螺内部光纤在装配后光路闭合,无有效手段进行光纤缺陷检查,对光纤陀螺长期稳定可靠工作带来潜在危险的问题,提出利用红外视觉检测技术检查光纤缺陷,分析光纤缺陷图像特征,采用最大熵法进行图像分割,提出了结合直方图特征、缺陷区域形状特征、缺陷边界形状特征提取方法,采用改进的神经网络分类方法,用两层网络进行缺陷分类,识别判断不同类别的光纤缺陷。针对光纤缺陷图像的处理结果表明,该方法能够有效地检测光纤缺陷,对不可接受的缺陷能够100%地正确判断。

关键词：光纤陀螺最大熵红外图像缺陷分类

自适应Kalman滤波在光纤陀螺SINS/GNSS紧组合导航中的应用

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红外与激光工程 2013年第3期42卷 686-691页

作者：王巍向政王国栋中国航天电子技术研究院北京100094

为了提高光纤陀螺捷联惯性导航系统(SINS)和全球卫星导航系统(GNSS)的组合导航精度和系统稳定性,设计了基于伪距、伪距率的紧组合导航系统模型。针对光纤陀螺的白噪声特点,以及误差不稳定性导致无法精确建模,将残差引入误差方差阵的估计... 详细信息

为了提高光纤陀螺捷联惯性导航系统(SINS)和全球卫星导航系统(GNSS)的组合导航精度和系统稳定性,设计了基于伪距、伪距率的紧组合导航系统模型。针对光纤陀螺的白噪声特点,以及误差不稳定性导致无法精确建模,将残差引入误差方差阵的估计中,提出了一种改进的自适应卡尔曼滤波方法。采用改进的自适应卡尔曼滤波方法滤波得到导航参数的最优估计,然后对系统进行反馈补偿校正,抑制了滤波发散问题,提高了系统的稳定性。稳态测试试验结果表明:设计的光纤陀螺SINS/GNSS紧组合导航系统具有较好的鲁棒性;在三颗卫星的条件下,系统能够在短期内保持较高的导航精度,验证紧组合导航的优越性。

关键词：光纤陀螺紧组合导航伪距伪距率自适应卡尔曼滤波反馈补偿

基于光纤陀螺与经验模态分解的航天器微小角振动检测技术

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红外与激光工程 2014年第8期43卷 2619-2625页

作者：孟祥涛王巍向政中国航天电子技术研究院北京100094

航天器在轨运行过程中,由于内部多种活动部件的存在,会使其结构体产生振幅较小、频率较高的微小角振动,这会影响航天器有效载荷的正常工作。光纤陀螺作为航天器的姿态测量部件,在设计原理上具有高带宽的特点,针对航天器微小角振动的特点... 详细信息

航天器在轨运行过程中,由于内部多种活动部件的存在,会使其结构体产生振幅较小、频率较高的微小角振动,这会影响航天器有效载荷的正常工作。光纤陀螺作为航天器的姿态测量部件,在设计原理上具有高带宽的特点,针对航天器微小角振动的特点,提出采用光纤陀螺测量该振动信息,同时提出采用经验模态分解的方法将光纤陀螺输出信号分解成各个时间尺度上的本征模态函数,再经过Hilbert谱分析方法检测出微小角振动信息。通过星载测试试验对该方法进行了有效性验证,结果表明:采用经验模态分解技术能够实现航天器微小角振动信号的检测,为航天器微小角振动的高精度测量提供了新手段和新方法。

关键词：微小角振动光纤陀螺经验模态分解本征模态函数

基于微粒群与模拟退火算法的光纤陀螺导航系统动态补偿方法

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红外与激光工程 2014年第5期43卷 1555-1560页

作者：孟祥涛王巍向政中国航天电子技术研究院北京100094

光纤陀螺惯导系统在进行空间自主导航时,需要经历长期复杂的空间环境,这会使惯性仪表的某些性能发生变化,光纤陀螺仪的光功率下降是一种比较典型的失效模式,这会导致光纤陀螺仪的带宽下降,当航天器进行变轨或姿态机动时其导航精度会降... 详细信息

光纤陀螺惯导系统在进行空间自主导航时,需要经历长期复杂的空间环境,这会使惯性仪表的某些性能发生变化,光纤陀螺仪的光功率下降是一种比较典型的失效模式,这会导致光纤陀螺仪的带宽下降,当航天器进行变轨或姿态机动时其导航精度会降低。针对上述问题,文中提出了微粒群优化的光纤陀螺仪动态补偿方法,根据光纤陀螺仪和参考模型在相同输入下的响应,优化得到补偿环节的参数。但微粒群算法存在过早陷入局部最优解的缺陷,为提高算法的全局搜索能力,采用模拟退火算法使其以较大的概率跳出局部最优解。通过光纤陀螺导航系统的动态导航试验验证了该方法能够有效地补偿光纤陀螺仪的动态特性,提高机动条件下的导航精度,具有较强的工程实用价值。

关键词：微粒群算法模拟退火动态补偿光纤陀螺

基于能耗优化的四旋翼无人机航迹规划:分段式高斯伪谱法

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电光与控制 2025年第1期32卷 1-7页

作者：欧阳权徐罗旻杨继阳薛雅丽丛玉华吕建威南京航空航天大学自动化学院南京210000 北京控制与电子技术研究所北京100000

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能... 详细信息

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能耗间耦合关系;其次,基于此模型,将考虑能耗优化的航迹规划问题转化为带约束的连续时间优化问题;最后,设计了分段式高斯伪谱法求解出优化航迹,其中通过滑动选取优化子区间的方法,在航点数量较多的复杂飞行任务中有效缩短了计算时间,同时提升了轨迹的平滑性和航点跟踪准确性。仿真和实验结果表明,与传统定航点飞行相比,所提算法能大幅降低飞行能耗,与常用优化算法相比,所提算法在保证能耗优化效果的同时,所需计算时间更短,航点跟踪精度更高。

关键词：四旋翼无人机能耗优化航迹规划分段式高斯伪谱法

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大载荷下线振动微机械陀螺谐振频率漂移特性

中国惯性技术学报 2013年第2期21卷 231-234页

作者：王巍庄海涵邢朝洋中国航天电子技术研究院北京100094

线振动MEMS陀螺在大载荷条件下,驱动轴与检测轴的谐振频率会发生漂移,频差随载荷变大。这类型振动陀螺为了提高灵敏度往往将两个振动轴的谐振频率设计得尽量靠近,但当角速率载荷较大时,两个振动轴的谐振频率将发生分裂漂移,彼此互相远... 详细信息

线振动MEMS陀螺在大载荷条件下,驱动轴与检测轴的谐振频率会发生漂移,频差随载荷变大。这类型振动陀螺为了提高灵敏度往往将两个振动轴的谐振频率设计得尽量靠近,但当角速率载荷较大时,两个振动轴的谐振频率将发生分裂漂移,彼此互相远离。漂移量与向心加速度无关,近似与角速率载荷的平方成正比,且两轴的谐振频率越靠近漂移越剧烈。考虑到Coriolis效应的弹簧质量块二维振动数学模型可定量描述该现象,表明此现象为线振动陀螺Coriolis效应的一部分。理论分析、仿真研究和实验数据的不同角度对这种频率漂移特性的分析结果吻合良好,为进一步结构优化奠定了理论基础。

关键词： MEMS陀螺大载荷谐振频率漂移 Coriolis效应二维振动

联邦滤波在光纤陀螺捷联惯导系统传递对准中的应用

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红外与激光工程 2013年第4期42卷 993-997页

作者：何小飞王巍黄继勋中国航天电子技术研究院北京100094

对舰载武器光纤陀螺捷联惯导系统相对舰船综合导航信息系统的动基座传递对准技术进行了研究,提出了将挠曲变形、时间延迟作为系统状态,并给出了系统状态方程和量测方程。采用联邦滤波作为信息融合算法的传递对准方法,对系统方程中的状... 详细信息

对舰载武器光纤陀螺捷联惯导系统相对舰船综合导航信息系统的动基座传递对准技术进行了研究,提出了将挠曲变形、时间延迟作为系统状态,并给出了系统状态方程和量测方程。采用联邦滤波作为信息融合算法的传递对准方法,对系统方程中的状态变量进行了可观测度分析,并推导了速度、姿态匹配子滤波器方程及主滤波器方程。最后进行了仿真试验,试验结果表明:该传递对准方法使方位精度提高20%以上;该方法能够有效解决舰船条件下光纤陀螺捷联惯导系统的传递对准。

关键词：光纤陀螺传递对准惯性系统联邦滤波

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硅微谐振加速度计的温度特性

中国惯性技术学报 2013年第2期21卷 255-258页

作者：王巍王岩庄海涵邢朝洋中国航天电子技术研究院北京100094

硅微谐振加速度计以其小体积、低成本和高精度的频率信号输出,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。温度特性是影响硅微谐振加速度计精度水平的重要因素。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从结构设计方法、工艺流程加工和闭环控... 详细信息

硅微谐振加速度计以其小体积、低成本和高精度的频率信号输出,成为硅微惯性传感器研制的热点之一。温度特性是影响硅微谐振加速度计精度水平的重要因素。在分析硅微谐振加速度计工作机理的基础上,从结构设计方法、工艺流程加工和闭环控制回路方面分析了温度对零位和标度因数的影响因素,同时给出了相应解决措施。研制的硅微谐振加速度计基频约为17 kHz,标度因数约220 Hz/g,在-40～+70℃范围内,谐振频率的温度系数为-71.5×10-6/℃,标度因数的温度系数为-610×10-6/℃,样机在常温下谐振频率的相对稳定性为0.313×10-6,1.5 h零偏稳定性达到42.5μg。

关键词：硅微谐振加速度计温度特性结构优化闭环控制