[优秀毕业论文]硕士论文光纤陀螺视线稳定系统的设计与工程实现

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1、第一章绪论1.1课题背景和意义陀螺稳定装置是惯性技术的重要组成部分，它在军事、政治、民用工业中有着广泛的应用。陀螺稳定装置是各种航天器姿态稳定中的关键部件[1]。武装直升飞机、坦克经常在极其恶劣的环境中作大机动运动，为了瞄准目标，确保作战性能，瞄准装置是必需的，而陀螺稳定随动系统是瞄准装置的核心子系统，其实现的主要功能是：隔离运载体对瞄准装置的角运动干扰，使瞄准装置的视线轴稳定、快速地盯住目标，并减小由于颤振引起的图像模糊，提高摄像质量[2][3][4]。防空雷达的天线体积庞大，经常受到各种各样的干扰，

2、为了使其实现跟踪目标或按预定规律搜索的任务，也需要陀螺稳定装置来隔离这些干扰[1]。在民用场合，相机在各种领域获得了广泛的应用。但与此同时，应用场合对其提的要求也越来越苛刻。比如，在一些场合常常需要对高速景象作快速的拍摄，并且要求获得高清晰度的图像，这时，人一般很难完成，因而，需要稳定伺服装置，使相机机动地跟踪图像，并保证摄像机在基座振动的情况下获得良好的图像质量，因为这是视频跟踪的前提。在情报、政治领域，经常要对感兴趣的运动目标进行拍摄，所有操作可能需要远距离或者秘密地进行，这就要求将相机安装在一个运

3、载体上，而运载体的振动将会导致图像的模糊，最终会使目标在视场中丢失。为了解决这个问题，精密、微型的陀螺稳定伺服装置是必需的关键组件。用来测试导弹等空间飞行器轨迹的经纬仪如果加上陀螺，就可以安装在舰船上，不受基座振动的影响，从而扩大它的使用范围。所有这些表明，陀螺稳定装置获得了极其广泛的应用。在这些应用当中，它起到的基本功能是一致的：隔离运载体或基座的角运动运动干扰，使装载在运载体上的光学镜头或雷达天线（被稳定对象）在惯性空间的某几个指向保持稳定，并能根据指令要求，使被稳定对象在有干扰作用的情况下沿着一定

4、规律转动[1]。对于陀螺稳定装置的研究，自1904年OttoSchlick提出直接式陀螺稳定装置起，已经有了近一百年的历史，其技术已经相当成熟[1]。但是，随着现代军事和工业生产的发展，传统的陀螺稳定装置越来越不能满足要求，主要原因在于：传统的陀螺稳定装置采用的关键部件——-71-陀螺为机械陀螺。一些机械陀螺的测角精度虽然相当高，但是，在一些应用场合，有一些不能容忍的缺点：难以制造，价格昂贵，重量、功耗大等，抗振、抗冲击能力弱，由于机械部件多，因而可靠性低，难以维护[5]。因而传统的陀螺稳定随动装置体积

5、大，功耗高，价格昂贵，寿命短，一般只用在军事上，而且对环境的要求和维护相当苛刻，对于强调费用和使用寿命的民用场合则很难涉足。由于陀螺稳定装置应用场合特别广，因此，因此，解决这些问题，使稳定装置更新换代，将在军事和民用上具有重要的实用价值和广泛的应用前景。陀螺稳定装置作为惯性技术的一个重要组成部分，一直是经久不衰的研究课题。它的更新换代主要取决于陀螺技术的进步和电子控制技术的发展。近年来，由于光纤陀螺进入实用阶段，以及微电子技术、功率电子技术和伺服驱动技术的进步，稳定装置现在有了很大的发展。近年来，国外对

6、陀螺稳定装置的研究取得了新的突破。装置的体积越来越小，正向数字化、集成化方向发展。然而可靠性一直是近来稳定平台发展的主线。主要体现在：l关键部件陀螺由机械陀螺向可靠性更高的非转子陀螺如光学陀螺（主要指光纤陀螺）发展，其技术在国外已经相当成熟。稳定平台作为惯性技术的一部分，其发展主要取决于陀螺的进展。近20年作为无机械转子的光纤陀螺取得了很大进展。现在，在国外已经广泛用于航空、航天、军事、民用等领域。作为新型角速度传感器，与传统的机械陀螺相比，它有许多优点[5]：1)由于光纤陀螺是光学传感器，无机械转子，

7、因而寿命长，可靠性高，维护方便；2)抗振、抗冲击能力好，输出与一些环境条件如加速度无关。故不像机械陀螺那样有加速度误差；3)具有很高的动态测量范围，测角速度范围很宽；4)带宽很宽，可达几百赫兹；5)启动速度快，连续工作时间长，由于光学陀螺是一个光电系统，所以容易自检；6)成本低。由于光纤陀螺有以上应用特点，因而它有着广阔的应用前景。但光纤陀螺本身也存在着以下一些问题，1)一般来说，考虑成本，在面向惯性稳定的应用采用开环光纤陀螺，而开环结构的光纤陀螺标度因子线性度和可重复性较差；-71-1)由于光路中的噪

8、声较大，造成光纤陀螺零漂和随机游走较大；2)干扰源众多，对温度敏感，如不采取任何补偿措施，光纤陀螺会产生较大的漂移，严重影响参数稳定性和标度因子线性度。以上有关光纤陀螺问题是应用中将要突出考虑的问题。下表1是三种典型陀螺：机械陀螺、光纤陀螺、振动陀螺的性能比较[5]：表1-1各种速率陀螺性能的比较Table1-1Comparisonofgyrotechnologyforangleratesensors特性机械陀螺光纤陀螺Coriolis振动