数字式快稳陀螺罗经设计初探

就如何缩短现有船用陀螺罗经的稳定时间和提高指向精度与稳定性进行探讨。利用现代高精度倾角测量技术,通过数学建模和计算机软件模拟的方法,在陀螺罗经启动后短时间内计算出陀螺仪主轴稳定指北的位置,并对计算结果的精度进行了分析和评估。     

电控陀螺罗经快速启动控制和单片机控制器

本文根据控制理论提出了电控陀螺罗经快速自动启动的几种方案,并进行了数值仿真。经计算机模拟和实验证明,一种简单可靠的缩短罗经启动稳定时间的控制方案,用单片机作为控制器,应用于LH-3型电控陀螺罗经完全满足设计要求。     

陀螺罗经的发展趋势及阻尼方法的新途径

本文作者认为,80年代陀螺罗经发展趋势,电控式陀螺罗经有其广宽前景。电控式陀螺罗经以强阻尼电磁摆和力矩器组成的修正回路替代机械摆或液体连通器,易实现快稳、可工作于两种状态、规律性误差易补偿等。常见的电控式陀螺罗经均因采用垂直轴阻尼法而存在纬度误差与受水平轴常值力矩干扰而产生读数误差。随着高输入阻抗、低温漂运算放大器的出现,作者认为:在校平回路中附加一个简单的RC超前网路,可克服纬度误差及水平轴常值干扰力矩引起的误差;也可采用水平轴阻尼法,只要在方位回路中选取一个合适的RC滞后网路。从简化结构,实现主罗经小型化考虑,以采用水平轴阻尼法较为有利。     

船模静水横摇试验的不确定度分析

为提高船模横摇阻尼力矩系数测量精度,对船模进行6次静水横摇试验。通过试验获得小角度船模静水横摇消灭曲线,根据最小二乘法计算得到的拟合曲线的斜率,即衰减系数;利用过原点拟合直线斜率的不确定度分析方法,得到衰减系数的不确定度;对横摇周期、横摇转动惯量的不确定度分别进行估算,进而得到阻尼力矩系数的不确定度。结果表明:衰减系数的B类不确定度分量对合成标准不确定度的贡献率达到了74.92%,衰减系数的合成标准不确定度分量在阻尼力矩系数的合成标准不确定度中占79.88%。横摇角的测量精度是横摇阻尼力矩系数不确定度的主要来源,提高横摇角测量仪器的精度,可降低阻尼力矩系数的不确定度。     

积分补偿对电控罗经精度的影响及最佳积分系数的选取

本文利用计算机仿真,分析了电控罗经在各种状态下的误差,并寻找了最佳积分系数K_C,使稳态误差的补偿效果良好,动态误差最小,稳定时间最短。     

罗经回路在船用航姿系统中的应用与工程实现

由惯性导航原理的特性可知,纯惯性无阻尼航姿系统的误差将出现明显的周期性振荡,并随时间发散,如水平姿态误差体现出傅科周期调制舒勒周期振荡,方位误差体现出地球周期振荡.若在水平回路中加入阻尼网络,可使其舒勒周期振荡衰减,傅科周期振荡也将随之消失,再加入方位阻尼,就能完成内全阻尼网络的设计.文章将平台精对准中罗经回路的思想引入到捷联航姿系统中,并通过改变原有航姿算法以达到内全阻尼的目的,最后的数字仿真结果表明,该新算法可使航姿系统不依赖任何外部信息就能使姿态精度得到提高.     

航母运动对着舰引导雷达精度的影响

航母的海上运动严重影响着舰引导雷达的测量精度。为排除航母运动的影响,提高雷达测量精度,分别分析了航母的平移运动和摇摆运动对雷达测量值的影响规律,并建立相应的误差模型。通过选取合适的航母运动参数,仿真航母的摇摆姿态角,进而根据误差模型仿真航母摇摆运动对雷达测量俯仰角和方位角的影响规律。结果表明：着舰引导雷达的方位角误差与航母艏摇角成线性关系,且与纵摇角无关;俯仰角误差与航母纵摇运动高度相关;距离误差不受航母摇摆运动的影响,且与航母平移运动关系不大。     

捷联罗经方位大失准角下的快速对准方法

为解决大失准角情况下采用传统罗经对准方法存在的收敛时间长这一问题,提出一种基于重力视运动解析对准与罗经法线性对准模型相结合的捷联罗经快速对准方法。该方法首先利用重力矢量视运动规律进行解析对准迅速实现大失准角估计,然后在小失准角情况下利用罗经法完成精确对准。仿真试验结果表明:提出的方法在小失准角下与传统罗经法具有等效性,而在大失准角时具有更快的对准速度,在系泊晃动情况下也可快速对准。     

基于MMG标准的船舶四自由度操纵运动仿真

为设计优良的操纵运动控制系统,基于MMG标准方法,构建了纵荡—横荡—横摇—艏摇四自由度运动方程。首先,详细介绍了MMG标准操纵性数值仿真模型及操纵运动仿真方法,其中横摇仿真考虑了粘性横摇阻尼力矩和静水回复力矩的影响。其次,利用Matlab对基于MMG标准方法的船舶四自由度运动方程进行建模,并针对某集装箱船开展回转操纵运动仿真。结果显示:基于MMG标准模型进行的船舶操纵运动快速预报具备较好的预报精度。     

船舶横摇阻尼确定方法研究

基于势流理论仅能计算由于辐射兴波引起的阻尼,不适于计算在横摇谐摇周期附近的船体横摇运动,这是因为此种情况下横摇产生的辐射兴波阻尼力矩很小,而由于液体分离产生的黏性阻尼十分显著。准确地计算船舶横摇阻尼对船舶横摇运动的研究非常重要。应用三种方法计算C11型集装箱船的阻尼,分别是船模试验确认阻尼系数、经验公式求解以及运用CFD进行数值模拟,将三种方法求得的阻尼代入船舶横摇自由衰减运动方程,最后将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较。     

基于高度角和方位角的选星方法

在传统选星算法的基础上,综合考虑GPS定位精度和实时性,提出一种基于高度角和方位角的六星选择算法。通过分析卫星高度角和方位角对于GDOP的影响,选取高度角最大的两颗星为顶座星,选取高度角小且彼此的方位角差分布均匀的四颗星为底座星的六星组合。仿真结果表明：提出的基于高度角和方位角的六星算法能够得到与最佳几何精度因子法相当的结果,但计算量远远小于后者。     

内水平阻尼捷联惯导误差仿真研究

捷联惯导系统依靠算法建立导航坐标系,以数学平台取代平台惯导物理实体平台,其系统误差中同样存在三种周期振荡成分.将平台惯导内水平阻尼思想引入捷联惯导,阻尼舒拉周期振荡和傅科周期振荡误差成分,同时推导了内水平阻尼捷联惯导误差传播方程.仿真实验表明,引入内水平阻尼之后,在载体加速度较小的条件下,捷联惯导姿态精度得到明显提高.     

Riccati方程在电罗经直航向误差建模与预测中的应用

为减小舰船直航向运动情况下风、流、摇摆等对电罗经航向造成的随机误差影响,提高舰船直航向运动时电罗经指向精度,采用时间序列模型对其随机误差进行建模,利用随机误差自相关函数和偏相关函数特性确定模型阶数,获得了较为准确的误差模型.同时,基于建立的模型,采用Riccati递推方程与指数平滑式结合的方式对电罗经航向随机误差进行预测.结果表明,时间序列模型较为准确地描述了电罗经航向随机误差过程,预测精度较高,鲁棒性较强,为减小电罗经直航向误差提供一种有效的方法.     

船舶非线性横摇运动方程的线性化研究

考虑阻尼力矩和恢复力矩的非线性,运用能量法对正横规则波中船舶非线性横摇运动方程进行等效线性化,导出等效线性系数表达式,并验证其工程实用性,为船舶横摇预报提供理论分析计算模型。     

基于方位捷联平台的陀螺寻北技术及精度分析

讨论了基于方位捷联平台的陀螺寻北方案，与传统的捷联式平台不同，方位捷联平台仿真了当地的水平坐标系，并且平台的方位就是载体的方位。通过双位置方法准确计算出载体的方位角，并且抵消了陀螺的常值漂移对寻北精度的影响。分析了平台角误差和转位误差对寻北解算精度的影响。实践证明：此种方法成本低，操作方便，精度较高。     

航海液体磁罗经的周期选择

液体磁罗经的周期问题,是磁罗经安装于船上是否稳定的主要因素之一。目前各国对罗经周期制订的标准不一,现有资料所能提供的理论根据较少。我国罗经制造,对周期也只在摸索、试验过程中。本文主要论述两个方面:1.推导出比较实用的罗盘阻尼摆动周期计算公式。在摆动的基础上,测定罗盘摆动角度之振幅比f,就可以求得液体罗盘摆动周期,式中:f——振幅此;I——通过罗盘中心垂直轴的罗盘转动惯量;M——罗盘磁针组的磁矩;H——当地的地磁水平分力。2.从理论上推论了磁罗经应选择什么周期,才能使它在船摆动的情况下,罗盘几乎保持稳定,以便观测航向与方位;同时,提出罗经在我国上海地区所应有的周期值。     

船舶在横浪中非对称非线性横摇的一种计算方法

在实际营运中,船舶由于遭受定常强横风作用或货物移动等而产生初始横倾后,其复原力矩、阻尼力矩及横向惯性矩会发生变化。考虑到上述情况,本文建立了与对称横摇相类似的非对称非线性(阻尼和复原力矩同时有非线性)横摇运动的数学模型,用直接方法导出了该运动方程的近似解析解;同时探讨了非线性参量对强迫振荡的影响。本方法曾进行了相当数量的计算,与试验数据比较,得到较满意的结果。     

三维船体横摇运动数值模拟及舭龙骨阻尼特性研究（英文）

为研究舭龙骨阻尼特性及尺寸航速等因素的影响,本文基于计算流体动力学方法分别对有、无舭龙骨三维船体的自由横摇衰减运动以及强迫横摇运动进行数值模拟研究,有无舭龙骨的三维船体的横摇阻尼之差即为舭龙骨阻尼。对F_r=0.138、初始横摇角10°带舭龙骨船体的自由横摇衰减数值模拟算例作了验证与确认分析,自由横摇衰减时历曲线与实验结果吻合较好,固有周期和横摇阻尼精度较高。进一步分析研究了不同几何尺寸、初始横摇角、航速以及频率等参数对舭龙骨阻尼的影响。自由横摇衰减模拟研究中舭龙骨阻尼随着舭龙骨宽度、初始横摇角度的增大而增大;当航速为0时,舭龙骨阻尼在总阻尼占比最大,航速对舭龙骨阻尼绝对值影响较小。强迫横摇模拟研究表明:当横摇角一定,舭龙骨阻尼随着频率的增大而非线性增大,在固有频率附近,粘性效应不可忽略。     

纵向规则波中参数横摇的数值模拟

基于ITTC推荐的参数横摇运动方程,采用估算方法确定方程中的阻尼系数和复原力矩系数,数值模拟出船舶在规则波中的参数横摇情况,将上述方法具体应用于一艘滚装船船模的参数横摇预报,并与试验数据进行对比,验证了所采用方法的有效性。     

基于渐进法的船舶横摇非线性阻尼系数识别

阻尼对于海浪中船舶的横摇运动响应预报至关重要。本文基于渐进法,利用自由横摇衰减数据,提出了一种适用于船舶大幅横摇运动的非线性阻尼系数识别方法。非线性阻尼选用线性加二阶模型,非线性回复力矩可以是任意形式的奇函数。通过数值方法模拟生成自由横摇衰减曲线,采用本文方法识别阻尼系数,验证方法的有效性。开展不同横摇角幅值下的参数研究,将不同船舶横摇方程的阻尼系数识别结果与其他方法的估算结果进行对比分析,验证了本文方法的高精度。最后,将本文方法应用于船舶自由横摇衰减实测数据,识别其非线性阻尼系数,数值模拟结果与试验数据一致性较好。研究表明该方法精度高,易操作,适用于大角度横摇和强非线性回复力矩条件下非线性阻尼系数的识别。