石英陀螺分析及其在测控系统中的应用

　　石英陀螺仪作为MEMS惯性器件，其精度会受到一系列误差源的影响。该书分析了石英陀螺仪误差的建模和补偿方法，论述了噪声中周期性误差的有效消除方法；系统介绍了石英陀螺仪参数的测试、标定方法，阐述了输入轴失准角与标度因数的解耦测试方法；介绍了MIMU的T型结构形式和提高系统可靠性的方法。《石英陀螺分析及其在测控系统中的应用》适用于从事MEMS惯性器件研究、开发和应用的相关工程技术人员，该书体现的科学研究思路和问题分析方法可为高等院校研究生培养提供参考。

　　张海鹏，山东省海阳市人，1977年7月生，汉族，海军大校，副教授。1995年9月考入西安电子科技大学电子机械学院，1999年7月获工学学士学位，并进入海军潜艇学院工作至今。2003年9月考取北京航空航天大学精密仪器及机械专业硕士研究生，2004年9月取得硕博连读资格，2010年7月获工学博士学位。2012年5月进入海军装备研究院博士后工作站，2015年6月出站。目前，任海军潜艇学院舵信教研室主任，主持完成国家自然科学基金项目1项（1），获军队科技进步三等奖4项（1，1，4，5），完成科研项目14项（负责4项）．在研3项（负责2项）；15项国家发明专利已获授权。发表论文29篇，其中，作者25篇，三大检索SCI收录1篇，EI收录17篇，CPCI-S收录10篇。

第1章 石英MEMS陀螺仪基础
1．1 发展背景及意义
1．2 国内外研究现状分析
1．2．1 MEMS惯性器件的发展现状
1．2．2 MEMS惯性器件误差分析及建模、补偿技术研究现状
1．2．3 MEMS惯性器件参数测试、标定方法研究现状
1．2．4 MIMU系统集成技术发展现状
1．3 石英材料的物理性能
1．3．1 微惯传感器对材料的要求
1．3．2 石英晶体的压电效应
1．3．3 石英晶体的温度特性
1．4 石英MEMS陀螺仪组成原理
1．4．1 Coriolis加速度
1．4．2 石英陀螺工作原理
1．4．3 石英陀螺微结构
1．5 石英音叉弯曲振动方程
1．5．1 波动方程及其本征模
1．5．2 压电梁分析
1．6 石英MEMS陀螺仪的驱动信号与敏感信号
1．6．1 驱动音叉谐振位移信号
1．6．2 哥氏力引起的敏感音叉输出信号
1．7 石英MEMS陀螺仪的驱动电路和检测电路
1．7．1 LCG50驱动电路
1．7．2 LCG50检测电路
1．8 主要内容及全书结构安排
第2章 石英MEMS陀螺周期性误差的实验分析与建模方法
2．1 引言
2．2 MEMS惯性器件误差建模与辨识方法分析
2．2．1 MEMS陀螺仪漂移误差模型
2．2．2 MEMS陀螺仪误差辨识方法分析
2．3 MEMS陀螺仪短时漂移特性实验方法与设计
2．3．1 实验测试对象选择
2．3．2 实验测试系统建设
2．3．3 实验测试方法
2．4 石英MEMS陀螺漂移中周期性误差的测试方法与实验
2．4．1 低频采样测试实验及结果分析
2．4．2 高频采样测试实验及结果分析
2．4．3 不同采样频率下周期性误差的特性分析
2．5 石英MEMS陀螺漂移周期性误差机理分析
2．5．1 LCG50系列石英MEMS陀螺的工作原理
2．5．2 石英MEMS陀螺输出信号的周期特性分析
2．6 周期性误差项的初步标定方法
2．6．1 频率的初标定方法
2．6．2 振幅和初相位角的确定方法
2．7 基于初标定的周期性误差离线补偿方法及实验
2．8 基于初标定的周期性误差在线补偿方法及实验
2．9 石英MEMS陀螺漂移周期性误差传递原理
2．9．1 误差分析理论的应用方法研究与误差传递系数
2．9．2 频率误差在补偿精度中的重要性
2．10 周期性误差频率的精确标定方法
2．11 幅值和初相位的精标定方法
2．11．1 幅值精标定方法
2．11．2 初相位精标定方法
2．12 基于精标定的周期性误差离线补偿方法及实验
2．13 基于精标定的周期性误差在线补偿方法及实验
2．14 本章小结
第3章 MEMS陀螺周期性误差补偿方法
3．1 引言
3．2 SINS中MEMS惯性器件的补偿特点
3．2．1 器件误差补偿特点
3．2．2 器件输出与捷联解算间的频率匹配问题
3．3 常用方法在MEMS陀螺周期性误差补偿中的缺陷
3．3．1 带阻数字滤波器缺陷
3．3．2 数据平滑法抑制周期性误差的缺陷
3．3．3 高频率采样数据平滑法的无效性
3．4 基于时域函数表达式的周期性误差补偿思路
3．5 在线直接补偿方法及其实时性技术难点
3．5．1 在线直接补偿法的数学表示与实验
3．5．2 巨大运算量及实时性影响
3．6 周期性误差的快速补偿原理及实验
3．6．1 周期性误差快速补偿思路的提出
3．6．2 快速补偿法的实时性提高方法分析与实验
3．7 直接补偿法和快速补偿法的实验验证与结果
3．7．1 原始数据的数据平滑实验
3．7．2 直接补偿法的补偿实验及分析
3．7．3 快速补偿法实验分析及其精度振荡发散问题
3．8 先平后补法中精度振荡发散的机理
3．8．1 精度振荡发散机理的分析方法
3．8．2 数据平滑中频率误差的传递特性
3．8．3 数据平滑过程影响频率稳定性的机理分析
3．9 数据平滑影响频率稳定性的实验研究及结果
3．9．1 数据平滑过程与频率稳定性的实验验证
3．9．2 数据平滑过程与频率稳定性的实验结果分析
3．10 一种快速高精度补偿方法与实验
3．10．1 一种快速高精度补偿方法的提出
3．10．2 补偿过程数学表示方法的转换及其物理含义
3．10．3 折算公式及其特征参数的确定方法研究
3．10．4 快速高精度补偿法的特点
3．11 快速高精度补偿法补偿效果的实验验证及分析
3．12 快速高精度补偿法与其他方法补偿效果的实验比较
3．12．1 精度比较
3．12．2 运算量比较
3．13 本章小结
第4章 MEMS陀螺标度因数与输入轴失准角解耦测试方法
4．1 引言
4．2 MEMS惯性器件的测试、标定技术
4．3 MEMS陀螺标度因数与输入轴失准角耦合问题
4．3．1 标度因数与输入轴失准角的传统测试方法分析
4．3．2 标度因数与输入轴失准角测试耦合机理
4．3．3 标度因数与输入轴失准角的耦合误差
4．4 MEMS陀螺仪解耦测试方法
4．4．1 参数解耦测试方法的提出与理论分析
4．4．2 考虑失准角真实方向的解耦测试原理
4．4．3 考虑正交分量互相影响的解耦测试原理
4．5 非线性解耦测试方程组的数值求解方法
4．6 MEMS陀螺解耦测试方法的实验与仿真
4．6．1 实验特点分析和仿真方法
4．6．2 考虑量测噪声的半物理仿真结果分析
4．6．3 理想状态下的计算机仿真结果
4．6．4 实验与仿真分析结论
4．7 MEMS陀螺解耦测试方法的实验
4．7．1 应用解耦测试原理的测试标定实验
4．7．2 消除夹具误差算法的实验方法
4．7．3 一种简易高效的实验装置设计
4．8 基于精密安装基准的大输入轴失准角修正技术
4．8．1 大输入轴失准角的特性分析
4．8．2 精密安装基准体设计与失准角修正技术
4．8．3 精密安装基准体的功能分析
4．8．4 MIMU中LCG50精密安装基准体的应用
4．9 本章小结
第5章 测控系统中的MIMU设计及其应用技术
5．1 引言
5．2 微小型运载体测控MIMU结构设计特点
5．2．1 设计微小型运载体的测控MIMU系统技术要求
5．2．2 微小型运载体MIMU组成器件的分析与选型
5．2．3 测控系统的MIMU结构设计准则
5．3 微小飞行器的T型测控MIMU结构设计方法
5．3．1 现有测控MIMU结构设计技术及其缺陷分析
5．3．2 T型支撑结构的构型设计技术
5．3．3 基于ADXRS300和T型支撑结构的MIMU设计
5．3．4 微小飞行器T型结构MIMU的设计特点
5．4 T型结构测控MIMU设计方法的应用技术
5．4．1 基于LCG50和T型支撑结构的MIMU设计
5．4．2 基于CRSO3和T型支撑结构的MIMU设计
5．5 T型MIMU支撑结构的材料选型与分析
5．6 测控MIMU系统的T型支撑结构性能分析方法研究
5．6．1 建立T型支撑结构的有限元分析模型
5．6．2 MIMU结构的静力学特性分析
5．6．3 测控系统MIMU结构的模态分析
5．7 微小型运载体测控MIMU系统的可靠性设计方法
5．7．1 测控MIMU系统可靠性的研究内容与设计方法分析
5．7．2 基于器件差分安装应用方法的测控MIMU设计技术
5．7．3 高速自转微小型运载体的框架式测控MIMU设计技术
5．8 本章小结
总结与展望
缩略语及主要符号
参考文献