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1、第二章第二章 定位与导航基础定位与导航基础 2.1 常用坐标系及变换 2.2 地球导航的基本关系2.3 惯性传感器基本理论 2.4 陀螺稳定平台 2.3 惯性传感器基本理论惯性传感器基本理论2.3.1 陀螺仪基本特性2.3.2 加速度计基本原理2.3.3 新型惯性敏感器 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 2.3.1 陀螺仪基本特性陀螺仪基本特性广义概念广义概念 Gyroscope 古希腊语：古希腊语： 旋转敏感器旋转敏感器 狭义概念狭义概念 陀螺：陀螺： 绕自身对称轴高速旋转的刚体绕自身对称
2、轴高速旋转的刚体 陀螺仪陀螺仪：陀螺陀螺 + 支撑及辅助装置，实支撑及辅助装置，实现某种测量功能现某种测量功能 从玩具陀螺说起从玩具陀螺说起 高速旋转的陀螺具有定轴性高速旋转的陀螺具有定轴性 定轴性易被破坏定轴性易被破坏 破坏（干扰）因素破坏（干扰）因素 非对称支撑带来的干扰力矩非对称支撑带来的干扰力矩 旋转受到的摩擦力旋转受到的摩擦力 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 根据转子的自由度或者转子轴的自由度分为根据转子的自由度或者转子轴的自由度分为 二自由度陀螺仪二自由度陀螺仪（对转子轴）（对
3、转子轴） 单自由度陀螺仪单自由度陀螺仪 框架式刚体转子陀螺仪框架式刚体转子陀螺仪武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 在陀螺上施加外力矩时，会引起陀 螺动量矩矢量相对惯性空间转动的特性。 稳定性稳定性 ：陀螺转子绕自转轴高速旋转即具有 动量矩H时，如果不受外力矩作用，自转轴 将相对惯性空间保持方向不变的特性。 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院
4、卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 （H 沿着最短路径趋向沿着最短路径趋向 M）进动角速度的大小进动角速度的大小：根据根据 M = H，写成标量形式，写成标量形式： M = Hsin 因此因此 = M /（Hsin） 进动角速度大小与外力矩的大小成正比，与转子的动量矩的大小成反比进动角速度大小与外力矩的大小成正比，与转子的动量矩的大小成反比。进动的进动的“无惯性无惯性” 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武
5、汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 陀螺力矩：反作用力矩陀螺力矩：反作用力矩 陀螺力矩的方向判断陀螺力矩的方向判断陀螺力矩的作用对象陀螺力矩的作用对象 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 定轴性的相对性定轴性的相对性( (一一) )：陀螺漂移：陀螺漂移 d = Md / H 定轴性的相对性定轴性的相对性( (二二) )：章动现象：章动现象陀螺受冲击力矩时，自转轴将在陀螺受冲击力矩时，自转轴将在原来的空间方位附近作锥形振荡原来的空
6、间方位附近作锥形振荡运动运动 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 。在干扰力矩的作用下陀螺仪产生的进动，使得自转轴在惯性空间逐渐偏离原来的方位，这种现象称之为漂移。干扰力矩干扰力矩漂移角速度漂移角速度武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 摩擦力矩分类及影响摩擦力矩分类及影响转子受到的摩擦（减速）转子受到的摩擦（减速） 框架轴处的摩擦及影响框架轴处的摩擦及影响 解决措施解决措施维持转子高速的旋转：
7、电机驱动维持转子高速的旋转：电机驱动 改进支撑方式，降低轴承摩擦改进支撑方式，降低轴承摩擦 漂移、漂移率漂移、漂移率 漂移：受干扰影响，陀螺转子轴相对惯性空间的转动漂移：受干扰影响，陀螺转子轴相对惯性空间的转动 漂移率：陀螺转子轴漂移的角速率（度漂移率：陀螺转子轴漂移的角速率（度/小时）小时） 惯性级精度：惯性级精度：0.01度度/小时小时 陀螺的发展历史：陀螺的发展历史： 消除各种有害力矩、降低漂移率的历史消除各种有害力矩、降低漂移率的历史武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 2.3.2 加速
8、度计基本原理加速度计基本原理武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 加速度计应当能测量出运载加速度计应当能测量出运载体可能产生的加速度体可能产生的加速度,并应并应有一定的测量精度。不同对有一定的测量精度。不同对象的加速度变化差异很大象的加速度变化差异很大,飞机、舰船、车辆等类变化飞机、舰船、车辆等类变化范围小范围小,大约是从大约是从0到到(12)g（飞机水平加速）（飞机水平加速）,火箭火箭导弹类则可达导弹类则可达10g以上。加以上。加速度计的零位误差以多少速度计的零位误差以多少g表示表示,它直接影
9、响导航精度它直接影响导航精度,例如在飞机上使用要求小于例如在飞机上使用要求小于10-3g。武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 新型惯性敏感器新型惯性敏感器 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 光路光路Sagnac 干涉干涉 激光陀螺测量的基础激光陀螺测量的基础 提出提出：由：由 Sagnac 于于 1913年年 Sagnac 干涉仪干涉仪 光路传播光路传播当干涉仪相对惯性空间无转动，当干涉仪相
10、对惯性空间无转动，则正反绕行的则正反绕行的 A、B 两路光程两路光程 La = Lb = L 当当干干涉涉仪仪以以相相对对惯惯性性空空间间旋旋转转，则则会引起两路光程不等。会引起两路光程不等。推导光程差推导光程差分离点的切向线速度分离点的切向线速度 v 在分束点两侧光路上的投影都为在分束点两侧光路上的投影都为 光束光束 a 逆行一周，回到分束点时多走逆行一周，回到分束点时多走了一段光程了一段光程 另有另有 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 光程差光程差求解方程组，得到求解方程组，得到 类似地
11、，对于光束类似地，对于光束 b，可以求得，可以求得 两束光回到分束点时，光程差两束光回到分束点时，光程差 考虑到考虑到 c 远大于远大于 L，上式近似为，上式近似为 光光程程差差与与输输入入角角速速度度成成正正比比，该该结论对其它形状的环路也成立。结论对其它形状的环路也成立。迈克尔逊实验迈克尔逊实验：矩形面积矩形面积 A = 600300 m2光源波长光源波长= 0.7m计算得：计算得：L=0.175m，即，即 / 4干涉条纹只移动了干涉条纹只移动了 1/ 4 条纹间距条纹间距如如果果用用来来测测量量 0.015 0/h 的的角角速速度度，则则干干涉涉条条纹纹将将只只移移动动 1/ 400 条
12、纹间距条纹间距测量精度无法保证测量精度无法保证 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 结构结构激光陀螺相对干涉仪的改进激光陀螺相对干涉仪的改进无源谐振腔无源谐振腔 = 激光谐振腔激光谐振腔测量光程差测量光程差 = 谐振频率差谐振频率差 谐振腔结构谐振腔结构：激光管激光管(光源光源) + 反射镜反射镜(光路光路)激光管激光管 = 氦氖气体氦氖气体 + 端面镜片端面镜片谐振腔结构及原理谐振腔结构及原理介质受激介质受激=从基态到高能态从基态到高能态=粒子数反转分布粒子数反转分布光通过激活物质光通过激活
13、物质=获得增益获得增益=环形腔环形腔=获得足够大的增益获得足够大的增益反射膜厚度反射膜厚度/ 4 = 获得所需波长获得所需波长选择环路周长选择环路周长 = 形成同相驻波形成同相驻波端面镜片端面镜片 = 获得偏振光获得偏振光 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 L，是激光波长是激光波长的整数倍的整数倍 q，即，即 = L / q 激光频率为激光频率为 V，则，则 V= c 故故 V = cq / L当谐振腔以当谐振腔以绕其平面法线旋转绕其平面法线旋转Va = cq / LaVb = cq / L
14、b两束激光的频差两束激光的频差 两束激光的频差正比于输入角速度两束激光的频差正比于输入角速度其干涉条纹以一定的速度移动其干涉条纹以一定的速度移动 激光陀螺激光陀螺 频差产生频差产生武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 频差测量频差测量例：三角形谐振腔边长=111.76mm 激光波长= 0.6328m 用来测地球转动角速度 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 结构工艺结构工艺 激光介质激光介质：氦
15、氖气体（频谱纯度高、：氦氖气体（频谱纯度高、反向散射小）反向散射小） 腔体材料腔体材料：熔凝石英、：熔凝石英、Cer-vit陶瓷陶瓷 谐振腔尺寸谐振腔尺寸：周长：周长200450mm 谐振腔形状谐振腔形状：三角形、四边形：三角形、四边形 （优缺点：（优缺点： K = 4A / L） 装配组合装配组合：分离式、：分离式、整体式整体式 整体式激光陀螺介绍整体式激光陀螺介绍 谐振腔和光路谐振腔和光路 反射镜的安装（反射膜、凹面、半透）反射镜的安装（反射膜、凹面、半透） 氦氖气体氦氖气体 阴阳电极：双阳极阴阳电极：双阳极 控制回路：凹镜、激励电压控制回路：凹镜、激励电压 武汉大学测绘学院卫星应用工程研
16、究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 零偏误差零偏误差 激光陀螺误差源激光陀螺误差源：不同于转子陀螺：不同于转子陀螺误差分类误差分类 零偏误差零偏误差：输入角速度为零时激：输入角速度为零时激光陀螺的频差输出（光陀螺的频差输出（0 / h） 主要原因主要原因：郎缪尔流效应：郎缪尔流效应 直流放电，激活原子移向阳极直流放电，激活原子移向阳极阳极的激活原子向阴极扩散阳极的激活原子向阴极扩散两种作用综合，形成郎缪尔流两种作用综合，形成郎缪尔流导导致致激激光光在在介介质质中中传传播播时时折折射射率率不同，造成附加光程差及频差输出不同，
17、造成附加光程差及频差输出补偿措施补偿措施：双阳极方案：双阳极方案 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 标度因数与自锁误差标度因数与自锁误差标度因数误差标度因数误差 激光陀螺频差输出公式激光陀螺频差输出公式 K值不稳定，也会引起输出误差值不稳定，也会引起输出误差K值大小的影响因素值大小的影响因素： 谐振腔周长谐振腔周长 谐振腔形状谐振腔形状 激光波长激光波长(0.6328 / 1.15 / 3.39 ) K值稳定性控制途径值稳定性控制途径： 激光波长激光波长 谐振腔周长谐振腔周长 280mm 0
18、.010/h 510- -6 120mm 0.10/h 310- -4 自锁效应自锁效应 自锁区：自锁区： - -LL 典型值：典型值：3600/h 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 自锁原因及对策自锁原因及对策产生原因产生原因：反射镜的反向散射：反射镜的反向散射 顺时针传播光束顺时针传播光束 A 的反向散射的反向散射 AA 和逆时针传播光束和逆时针传播光束 B 相耦合相耦合频率牵引（频率牵引（B 与与 A 频率趋同）频率趋同）类似地，类似地，A 与与 B 也频率趋同也频率趋同最终最终A与与
19、B频率趋同，无频差输出频率趋同，无频差输出 克服自锁效应的途径克服自锁效应的途径： 正正面面途途径径：尽尽力力减减小小自自锁锁区区（提提高高光学元件质量和气体纯度）光学元件质量和气体纯度） 间接途径：偏频间接途径：偏频 输出偏置量输出偏置量0，工作点移出自锁区，工作点移出自锁区 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 机械抖动偏频机械抖动偏频机械恒定偏频机械恒定偏频：使激光陀螺绕输入：使激光陀螺绕输入 轴相对基座以足够大的轴相对基座以足够大的0恒速旋转恒速旋转 缺点：陀螺体积重量增大，缺点：陀螺体
20、积重量增大，0难控难控机械抖动偏频机械抖动偏频：采用高频角振动：采用高频角振动 谐振腔按曲线谐振腔按曲线 1 的相对基座振动的相对基座振动当基座相对惯性空间无转动时，当基座相对惯性空间无转动时， 谐振腔按曲线谐振腔按曲线 1 相对惯性空间振动相对惯性空间振动 输出频差均值为零输出频差均值为零当基座以当基座以A相对惯性空间旋转相对惯性空间旋转 谐振腔按曲线谐振腔按曲线 2 相对惯性空间振动相对惯性空间振动 正半周输出频差平均值大于负半周正半周输出频差平均值大于负半周 陀螺输出频差均值不为零陀螺输出频差均值不为零 输出均值能够反映输出均值能够反映A的大小和方向的大小和方向 武汉大学测绘学院卫星应用
21、工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 光纤陀螺的理论基础是光纤陀螺的理论基础是Sagnac效应。效应。 光波进入干涉仪后被光波进入干涉仪后被分为两束反方向传播的分为两束反方向传播的光束，当它们经过相同光束，当它们经过相同长度的路径回到出发点长度的路径回到出发点M时不产生相位差时不产生相位差武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 -7 rad/s）动态范围宽（动态范围宽（300/h），寿命长，信号稳定），寿命长，信号稳定可靠
22、可靠采用集成光路技术，没有激光陀螺的闭锁问采用集成光路技术，没有激光陀螺的闭锁问题。题。武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 的国内外研究现状的国内外研究现状光纤陀螺（光纤陀螺（Fiber Optical Gyroscope, FOG）由于其特有的优势和应用前景，已经）由于其特有的优势和应用前景，已经成为新一代惯性制导测量系统中的重要器件。成为新一代惯性制导测量系统中的重要器件。美、日、德、法为代表，光纤陀螺的研究已美、日、德、法为代表，光纤陀螺的研究已取得重大成果。国外研制的光纤陀螺零位漂取得
23、重大成果。国外研制的光纤陀螺零位漂移已达到移已达到0.001/h以内，标定因数稳定性优以内，标定因数稳定性优于于10-6，测量精度达到了，测量精度达到了0.0003/h。已经能。已经能够满足海、陆、空、天各种系统导航制导的够满足海、陆、空、天各种系统导航制导的需求。需求。武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 精度高 响应速度快 动态范围大主要研究内容和关键技术包括: 新型高稳定光纤光源技术 全数字信号检测技术 误差机理及建模补偿方法 光纤陀螺可靠性设计方法法国IXSEA公司研制的高精度光纤陀螺精
24、度为0.001/h美国LITTON公司正在研制战略级光纤陀螺精度达10-4 /h量级 高精度光纤陀螺高精度光纤陀螺武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 (1 ）标度因数非线性标度因数非线性50ppm 动态范围：动态范围： 300/s工作温度：工作温度： -40 C +60 C轻小型三轴光纤陀螺国内最小、最轻的三轴组合国内最小、最轻的三轴组合重量重量: 800g 小型中精度光纤陀螺零偏稳定性零偏稳定性0.2o/h (1 ）标度因数非线性标度因数非线性100ppm动态范围动态范围: 500500/s
25、/s重量重量: 200g 先进惯性仪表先进惯性仪表光纤陀螺光纤陀螺武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 结构复杂，成本高昂结构复杂，成本高昂静电陀螺静电陀螺：较彻底的支承革新：较彻底的支承革新 球形转子球形转子; 电极球腔电极球腔 静电悬浮静电悬浮; 超高真空超高真空静电陀螺优点静电陀螺优点： 精度高，真正的自由转子陀螺精度高，真正的自由转子陀螺 结构简单，可靠性高结构简单，可靠性高 能全姿态测角能全姿态测角应用应用：战略武器、火箭：战略武器、火箭静电陀螺缺点静电陀螺缺点： 工艺要求高工艺要求高
26、 角度读取复杂角度读取复杂 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 驱动线圈驱动线圈：转子起旋：转子起旋定中线圈定中线圈：转子轴对准：转子轴对准钛离子泵钛离子泵：抽真空：抽真空光电传感器光电传感器：读取角度：读取角度 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 1952年提出年提出1970s初期初期0.01（0/h）1970s中期中期0.0001（0/h）1970s末期进入实用末期进入实用1995年年0.
27、00001（0/h）目前斯坦福大学目前斯坦福大学10- -11（0/h） 主要研制机构主要研制机构：1950s后期，美国后期，美国Honeywell和和Autonetics开始研制开始研制 从从 1960s 末到末到 191980s，法国、，法国、英国、前苏联、中国也相继展开英国、前苏联、中国也相继展开静电陀螺的研制静电陀螺的研制 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工
28、程研究所 概述概述 机械陀螺：基于牛顿力学原理机械陀螺：基于牛顿力学原理 机械转子陀螺仪：三浮、静电机械转子陀螺仪：三浮、静电 制造工艺复杂、成本高制造工艺复杂、成本高 机械振动机械振动陀螺仪陀螺仪 音叉、压电、壳体谐振音叉、压电、壳体谐振 原原理理：利利用用高高频频振振动动的的质质量量在在被被基基座带动旋转时产生的苛氏加速度座带动旋转时产生的苛氏加速度特特点点：结结构构简简单单、体体积积小小、重重量量轻轻、可可靠靠性性高高、承承载载能能力力大大、性性能能稳稳定定、成本低成本低发展发展：1940s-50s，美国研制音叉陀螺，美国研制音叉陀螺1960s 美国压电振动陀螺（通用）美国压电振动陀螺（
29、通用） 1970s后后，美美国国研研制制壳壳体体谐谐振振陀螺陀螺1980s初初，大大规规模模集集成成电电路路工工艺艺 ， 研研 制制 微微 型型 振振 动动 陀陀 螺螺（Sperry，Draper）精度精度：音音叉叉、压压电电、微微机机械械：精精度度较较低低（战战术术导导弹弹、车车辆辆、坦坦克克、雷达）雷达）壳壳体体谐谐振振陀陀螺螺：精精度度较较高高，可可达达惯惯性性级级，是是激激光光陀陀螺螺仪仪的的有力竞争者。有力竞争者。 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 基本原理、结构基本原理、结构基基
30、本本原原理理：利利用用音音叉叉端端部部的的振振动动质质量量被被基基座座带带动动旋旋转转时时产产生生的的苛苛氏氏效效应来敏感角速度应来敏感角速度基本结构基本结构：音叉的双臂为弹性臂，音叉的双臂为弹性臂，受受激激振振时时，音音叉叉双双臂臂作作对对称称弯弯曲曲振荡振荡端端部部质质量量作作对对称称直直线线振振动动(因因振振幅幅很小很小)等等幅幅振振荡荡，相相位位相相反反，频频率率几几百百至几千赫，振幅百分之几毫米。至几千赫，振幅百分之几毫米。音叉下部通过挠性轴与基座相连。音叉下部通过挠性轴与基座相连。 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究
31、所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 工作原理：工作原理： 敏感元件（质量块或质量片）在激励模态下振动，沿垂直于敏感元件（质量块或质量片）在激励模态下振动，沿垂直于振动方向的对称轴施加输入角速度，在哥氏力的作用下，质振动方向的对称轴施加输入角速度，在哥氏力的作用下，质量块将在三维空间的另一方向上以敏感模态同频率振动，幅量块将在三维空间的另一方向上以敏感模态同频率振动，幅度与输入角速度大小成正比。度与输入角速度大小成正比。 由于激励与检测方法不同，所以出现了不同的结构。由于激励与检测方法不同，所以出现了不同的结构。 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘
32、学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 音叉式音叉式 微型振动陀螺微型振动陀螺 压电石英晶体光刻和化学蚀刻压电石英晶体光刻和化学蚀刻 激振电极、读取电极激振电极、读取电极工作原理工作原理：对音叉激振、基座旋转、哥氏惯性对音叉激振、基座旋转、哥氏惯性力、哥氏振动、读取电极输出力、哥氏振动、读取电极输出 框架式框架式 微型振动陀螺微型振动陀螺框框架架由由单单晶晶硅硅化化学学蚀蚀刻刻，检检测测质质量量由由金块加工，激振电极、读取电极金块加工，激振电极、读取电极工作原理工作原理：对外框架激振、检测质量：对外框架激振、检测质量绕外框架轴振动、线速度、哥氏惯性绕外框架轴振动、线速度、哥氏
33、惯性力、绕内框架轴哥氏振动、读取电极力、绕内框架轴哥氏振动、读取电极输出输出 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 结构形式：扭摆式、悬臂式结构形式：扭摆式、悬臂式工作原理：带有惯性质量的摆片因受到加速度发生位置偏转，工作原理：带有惯性质量的摆片因受到加速度发生位置偏转，摆片所带的电容极板的位移使电容值发生变化，采用交流电摆片所带的电容极板的位移使电容值发生变化，采用交流电桥测量出电容量变化，经再平衡电路反馈电压给静电力矩器桥测量出电容量变化，经再平衡电路反馈电压给静电力矩器以产生静电力，使摆片
34、保持在零位附近。以产生静电力，使摆片保持在零位附近。 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 x 2cm x 0.5cm，重约，重约5g。电子线路的所有功能模块集成在一块硅片上。电子线路的所有功能模块集成在一块硅片上。较成熟实用的系统方案：每一个惯性仪表都配备自较成熟实用的系统方案：每一个惯性仪表都配备自己的专用集成电路并产生相应的输出，然后送给微己的专用集成电路并产生相应的输出，然后送给微处理器进行数据处理，产生导航信息。处理器进行数据处理，产生导航信息。 武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉
35、大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 g谐振式加速度计AD公司研制三轴单片集成的微加速度计武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所武汉大学测绘学院卫星应用工程研究所 Technology TrendsInertial Navigation Sensors的发展的发展2002_惯性技术基础惯性技术基础_吴俊伟编吴俊伟编_哈尔滨工程大学出哈尔滨工程大学出版社版社参见邮箱网盘里参考资料文件夹下的参见邮箱网盘里参考资料文件夹下的pdf文件文件 微惯性技术，刘俊微惯性技术，刘俊 石云波石云波 李杰，电子工业出版社李杰，电子工业出版社
