導(dǎo)航原理實驗報告

1、導(dǎo)航原埋實驗報告院系：班級：學(xué)號：姓名：成績：指導(dǎo)教批改日期：年 月 日哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院控制科學(xué)實驗室實驗1二自由度陀螺儀基本特性驗證實驗一、實驗?zāi)康牧私鈾C械陀螺儀的結(jié)構(gòu)特點；.對比驗證沒有通電和通電后的二自由度陀螺儀基本特性表觀；.深化課堂講授的有關(guān)二自由度陀螺儀基本特性的內(nèi)容。二、思考與分析定軸性 設(shè)陀螺儀的動量矩為H,作用在陀螺儀上的干擾力矩為M,陀螺儀漂移角 速度為3，寫出關(guān)系式說明動量矩H越大，陀螺漂移越小，陀螺儀的定軸d性(即穩(wěn)定性)越高.答案：干擾力矩M一定時，動量矩H越大，陀螺儀漂移角速度為3越小，陀螺漂移越小， 陀螺儀的定軸性(即穩(wěn)定性)越高.在陀螺儀原理及其機電結(jié)構(gòu)方

2、而簡要蛻明如何提高H的量值答案：H = J。由公式J = IU r2dm可知提高H的量值有四種途徑：陀螺轉(zhuǎn)子采用密度大的材料，其質(zhì)量提高了，轉(zhuǎn)動慣量也就提高了。改變質(zhì)量分布特性。在質(zhì)量相同的情況下，若質(zhì)量分布的半徑距質(zhì) 心越遠，H越大。因此將陀螺轉(zhuǎn)子的有效質(zhì)量外移，如動力諧陀螺將 轉(zhuǎn)子設(shè)計成環(huán)狀。即在陀螺電機定子環(huán)中，可做成質(zhì)量集中分布在 環(huán)外邊緣的環(huán)形結(jié)構(gòu)，切邊緣部分材質(zhì)密度大，可提高轉(zhuǎn)動慣量。增大“可有效提高轉(zhuǎn)動慣量。另外可通過采用外轉(zhuǎn)子電機來改變電機質(zhì)量分布，增大r。改變電機 定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：采用外轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子電機。4.增加陀螺轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。3 = 2兀 n /60 = 2兀(1

3、-s) f / p ，n = 60 f (1-s)/ p提高電壓周波頻率 f個 n個 H個 f=400Hz適當減少極對數(shù)，如取p=1適當減少轉(zhuǎn)差率s，可通過減少轉(zhuǎn)子支承軸承摩擦來實現(xiàn)2 .進動性(1)在外框架施加一沿x軸正方向作用力矩時，畫出動量矩H的進動方向及矢量M，3，H的關(guān)系坐標圖。(設(shè)定H沿Z軸正方向)并在坐標中標 出陀螺儀自轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向n。b)在內(nèi)框架施加一沿Y軸正方向作用力矩時，畫出動量矩H的進動方向及 矢量M，3 ,H的關(guān)系坐標圖。(設(shè)定H沿Z軸正方向)并在坐標中標出陀螺 儀自轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向n。(3)若改變了陀螺儀自轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向n即日是沿坐標Z軸的負方向，仍還是在外框架沿x軸

4、正方向施加一作用力矩時，畫出其矢量M，3，H的關(guān)系坐標圖。并在坐標圖中標出自轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向n和H的進動方向及陀 螺力矩M的方向。2.陀螺動力效應(yīng)如果人為的用手指向陀螺儀的內(nèi)框架（內(nèi)環(huán)）施加力矩時，對于陀螺儀內(nèi) 框架（內(nèi)環(huán)）而言，為什么沒有表觀出陀螺動力效應(yīng)當人為對陀螺內(nèi)框架施加外力矩時，外力矩通過內(nèi)框架傳遞到轉(zhuǎn)子上，陀螺轉(zhuǎn)子產(chǎn)生 繞外框架軸的進動。雖然作用在內(nèi)框架上的陀螺力矩與施加的外力矩大小相等方向相反， 但是因為陀螺轉(zhuǎn)子繞外框架軸進動，會帶動了內(nèi)框架，隨著外框架一起轉(zhuǎn)動。因此陀螺內(nèi) 框架不能表現(xiàn)出陀螺動力效應(yīng)。實驗2 光纖陀螺工作過程演示實驗一、實驗?zāi)康耐ㄟ^演示實驗，加深對Sagnac效應(yīng)

5、的理解;了解光纖陀螺陀螺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；掌握光纖陀螺結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；觀察光纖陀螺工作過程.二、思考與分析薩格奈克效應(yīng)是什么？答案：Sagnac效應(yīng)是法國科學(xué)家GSagnac于1913年發(fā)現(xiàn)的，它構(gòu)成了現(xiàn)代光學(xué)陀螺激光陀螺和光纖陀螺的理論基礎(chǔ)。在一個任意幾何形狀的閉合光學(xué)環(huán)路中，從任意一點發(fā) 出的沿相反方向傳播的兩束光波，繞行一周返回到該點時，如果閉合光路在其平面內(nèi)相對 慣性空間有旋轉(zhuǎn)，則兩束光波的相位將發(fā)生變化，這稱為Sagnac效應(yīng)。光纖陀螺儀按光路系統(tǒng)的不同分類，分為哪幾種？答案：全光纖陀螺，集成光學(xué)光纖陀螺，諧振腔型光纖陀螺。光纖環(huán)形干涉儀的基本原理是什么？答案：當用光纖環(huán)實現(xiàn)閉合光學(xué)環(huán)路并形

6、成環(huán)形干涉儀時，其輸出為：1廣1 o（1 + c0S，s）式中，10是入射光的光強；s是旋轉(zhuǎn)引起的相位變化，也稱為Sagnac相移，它與旋轉(zhuǎn)角 速率Q的關(guān)系為：入4兀RL八。=Qs y式中，L為光纖長度；R為光纖環(huán)的半徑；*0為光波長；C為真空中的光速。光纖環(huán)形 干涉儀的優(yōu)勢是可以采用多匝光路來增強Sagnac相移，此時（1）式中的光纖長度L = 2R， N是光纖線圈的匝數(shù)。聯(lián)合式（1）和（2），就能夠通過檢測干涉光強的變化來感知轉(zhuǎn)速。光纖陀螺儀的基本構(gòu)成和光路傳導(dǎo)過程是什么？答案：光路系統(tǒng)主要由光源，光檢測器，分束器，偏振器，空間濾波器，相位調(diào)制器，光 纖線圈。光纖陀螺測的是那個方向的轉(zhuǎn)動角

7、速率？測量的是地球自轉(zhuǎn)角速率在垂直于光纖陀螺腔體方向的分量。實驗3陀螺穩(wěn)定平臺結(jié)構(gòu)展示實驗一、實驗?zāi)康牧私鈫屋S雙陀螺穩(wěn)定平臺的結(jié)構(gòu)及特點；了解雙軸陀螺穩(wěn)定平臺的結(jié)構(gòu)及特點；加深對陀螺穩(wěn)定平臺工作原理的理解。二、思考與分析陀螺穩(wěn)定平臺的分類？陀螺穩(wěn)定平臺按其穩(wěn)定的軸數(shù)，又分為單軸、雙軸和三軸陀螺穩(wěn)定平臺。按選 作陀螺穩(wěn)定平臺（下面簡稱平臺）敏感元件的不同，可分為氣浮陀螺平臺、液浮陀螺平臺、 撓性陀螺平臺等。陀螺穩(wěn)定平臺有哪兩種基本作用？答案：一是穩(wěn)定作用，即能隔離運載體的角運動。平臺穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定力矩來抵消 運載體運動對平臺的干擾力矩，阻止平臺相對慣性空間轉(zhuǎn)動。二是修正作用，即能控制平臺按照所

8、需的角運動規(guī)律相對于慣性空間運動。例如，穩(wěn) 定平臺要模擬當?shù)厮矫鏁r，平臺在保持穩(wěn)定的同時，還必須進行修正，以跟蹤當?shù)?水平面相對慣性空間的運動。測量元件對慣導(dǎo)平臺的性能有何影響？如何處理？答案1：由于加速度計的常值零位誤差，陀螺的常值漂移角速度，都可以產(chǎn)生平臺誤 差角，產(chǎn)生平臺漂移，影響慣導(dǎo)平臺控制精度。此外平臺還有初始安裝誤差角及初始速度的裝訂誤差。這些誤差都具有振蕩特性，均 以84.4分鐘的周期振蕩。因此，當導(dǎo)航系統(tǒng)的使用時間接近或超過半個舒拉周期以上時， 便要設(shè)法將上述無阻尼振蕩現(xiàn)象加以衰減，使其達到穩(wěn)定狀態(tài)，才能比較精確地進行定位 與導(dǎo)航。答案2：陀螺漂移將產(chǎn)生陀螺干擾力矩，使慣導(dǎo)平

9、臺產(chǎn)生失準角，進而影響慣導(dǎo)平臺 控制精度。由于陀螺漂移帶來的誤差無界，且無法補償，所以陀螺的精度最終決定了慣導(dǎo) 平臺的精度。簡述雙軸陀螺穩(wěn)定平臺的結(jié)構(gòu)？雙軸陀螺穩(wěn)定平臺由主要由平臺臺體、框架系統(tǒng)（即內(nèi)框架、外框架和基座）、穩(wěn)定系統(tǒng)（由平臺臺體上的陀螺儀、伺服放大器和框架軸上的力矩電機等構(gòu)成，又稱穩(wěn)定回路、伺服回路）以及修正系統(tǒng)（包括平臺臺體上的加速度計、液位開關(guān)）構(gòu)成框架式結(jié)構(gòu)。陀螺馬達分別裝在陀螺房中，陀螺房軸為進動軸，兩進動軸互相垂直， 通過連桿與修正電機相接，與裝在平臺下的液位開關(guān)構(gòu)成修正回路。穩(wěn)定軸為X、Y，它 們相互垂直，分別通過減速器與穩(wěn)定電機相連，兩個穩(wěn)定電機的驅(qū)動信號來自繞在陀

10、螺房 上的陀螺信號傳感器。實驗4 GPS性能指標驗證實驗一、實驗?zāi)康牧私釭PS導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理；加深對GPS導(dǎo)航系統(tǒng)課堂內(nèi)容的理解。二、思考與分析舉例說明在實際應(yīng)用中有哪幾種導(dǎo)航系統(tǒng)？答案：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，多普勒系統(tǒng)，天文導(dǎo)航系統(tǒng)，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，地形輔助導(dǎo)航 系統(tǒng)及組合導(dǎo)航系統(tǒng)等。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)：應(yīng)用在車載導(dǎo)航儀上；GPS/INS/CNS導(dǎo)航系統(tǒng)：應(yīng)用在洲際導(dǎo)彈上；GPS/INS/TAN：應(yīng)用在巡航導(dǎo)彈上；無線電導(dǎo)航：應(yīng)用在機場飛機起降上；AGPS導(dǎo)航：手機上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS）和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組合是一種非常完美的組合方式，但是， 為什么世界各國在組合導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成上，選用多種類導(dǎo)航系統(tǒng)的組合？答案：由于GPS系統(tǒng)的應(yīng)用受衛(wèi)星所有權(quán)國家的控制，因此，不同國家的用戶，為了尋 求使用上的安全性，在組合導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成上，選用多種類導(dǎo)航系統(tǒng)的組合。按附表格式整理實驗數(shù)據(jù)。附表1 （可視衛(wèi)星數(shù)為4）（注：接收位置處信號的載波頻率為s它與發(fā)射信號的頻率30的區(qū)別是有一個多 普勒頻移，這是由于導(dǎo)航衛(wèi)星和接收機天線的相對運動造成的。多普勒頻移 Doppler-o =3D，C其中為無