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静电场定位导航基础与技术系统

尚可 晏磊 周成当

尚可, 晏磊, 周成当. 静电场定位导航基础与技术系统[J]. 全球定位系统, 2023, 48(6): 98-106. doi: 10.12265/j.gnss.2023133
引用本文: 尚可, 晏磊, 周成当. 静电场定位导航基础与技术系统[J]. 全球定位系统, 2023, 48(6): 98-106. doi: 10.12265/j.gnss.2023133
SHANG Ke, YAN Lei, ZHOU Chengdang. Basic and technical system of electrostatic field positioning and navigation[J]. GNSS World of China, 2023, 48(6): 98-106. doi: 10.12265/j.gnss.2023133
Citation: SHANG Ke, YAN Lei, ZHOU Chengdang. Basic and technical system of electrostatic field positioning and navigation[J]. GNSS World of China, 2023, 48(6): 98-106. doi: 10.12265/j.gnss.2023133

静电场定位导航基础与技术系统

doi: 10.12265/j.gnss.2023133
详细信息
    作者简介:

    尚可:女,博士生,研究方向为空间信息处理,导航方法与应用

    晏磊:男,博士,教授,研究方向为偏振遥感机理与应用,精密仪器

    周成当:男,博士,教授,研究方向为应用地球物理和地球探测与信息技术

    通讯作者:

    周成当 E-mail:cdzhou@sina.com

  • 中图分类号: P228;TN96;P318

Basic and technical system of electrostatic field positioning and navigation

  • 摘要: 从上世纪50年代起,惯性技术逐步在导航领域占据主导地位,在80年代开始的组合导航系统中,惯性技术仍占主导地位,但惯性导航技术一直受到设置初始值和随时间精度下降的困扰,且价格昂贵. 本文首先对静电陀螺及其支承原理进行阐述,处于高度真空的球形电极碗中的球形转子与碗电极之间的间隙很小,在电极与球形转子之间加上支承高压,形成强电场,当球形转子受到的静电力平衡时,球形转子就被支承起来. 又通过对静电场支承系统(electrostatic suspension system,ESS)转子位移测量电路误差进的定量分析和单项测试,阐述电路各元件在总漂移误差中的分离方法和结果. 在此基础上,归纳了提高精度指标的方法与途径,研制了全屏蔽、模块化结构电路,并装入了陀螺本体.

     

  • 图  1  新型陀螺仪的精度和应用领域

    图  2  两个半球陶瓷碗组成的密闭内球腔

    图  3  平行电极板间的静电吸力

    图  4  有源静电支承控制回路原理图

    图  5  方波支承波形及参数

    图  6  X不同时最内层线圈电位分布

    图  7  不同温度时高压变压器实验特性

    图  8  不同时间测量的变压器电感实验特性

    图  9  不同频率的实验特性

    图  10  I-1型支承变压器频率特性曲线

    图  11  II-2-2型变压器特性曲线

    图  12  II-2-2型变压器负载$ C_{L} $与谐振频率$F_{m} $实线曲线

    图  13  付边电感及带载谐振频率$F_{dm} $与所隙$ \Delta $之关系

    表  1  高频加力元件铁芯选取

    种类号 出产国 材料 型号 μi(4π×10−7 H/m) Bs/T Br/T Hc/(A·m−1) 体积/mm3 适应频率
    I 日本 铁氧体 H7C1-EC28 2 500 0.51 0.117 12 28×28×10 ≤0.5 MHz
    II 中国 铁氧体 R2KB 2 000±500 0.40 0.120 24 25×25×18 ≤0.3 MHz
    III 中国 高硅钢 0.3 mm片厚卷压 15 000 1.70 - - 30×20×13 4 kHz~20 kHz
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    表  2  不同绕组分段加力元件的带载谐振频率

    绕组分段数 谐振频率/kHz
    1 6.8
    2 8.0
    3 -
    4 13.0
    5 16.0
    6 18.0
    7 19.0
    10 19.5
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    表  3  加力元件磁芯与绕组骨架结构

    种类号 铁氧体磁芯 骨架 分段数 间隙状态
    I-1-0 H7C1-EC28 - 1 不可调
    I-1-1 H7C1-EC28 - 2 不可调
    II-2-2 R2KB 短 - 6 可调
    II-1-1 R2KB长 - 7 可调
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    表  4  不同结构下杂散电容的设计值与实测值

    参数型号 w2/匝 X 设计值/pF 实测值/pF
    C1 Cm Cn C2 C2
    I-1-0 2 400 1 20.95 0.11 0 21.06 24.80
    I-1-1 2 400 2 5.04 14.03 2.20 21.27 12.70
    II-2-2 3 000 6 0.16 0.54 1.52 2.22 2.49
    II-1-1 3 000 7 0.25 1.61 1.03 2.89 3.41
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    表  5  三种用于ESS的高压变压器比较

    型号 测量
    频率
    25 ℃ 35 ℃ 65 ℃
    L/H r/Ω C/pF L/H r/Ω C/pF L/H r/Ω C/pF
    I-1型 100 Hz 9.32 970 35.5 10.73 997.3 34.7 12.59 1032 36.1
    1 kHz 9.12 1670 35.2 10.59 1780.0 33.2 12.55 1800 35.7
    旧铁
    氧体
    100 Hz 1.88 1357 38.3 1.89 1380.0 39.5 1.91 1475 38.9
    1 kHz 1.86 1610 38.9 1.87 1630.0 39.1 1.89 1710 38.8
    低硅
    钢片
    100 Hz 45.20 4237 29.0 48.80 4612.0 27.1 47.98 4705 25.6
    1 kHz 41.40 1 810 28.7 43.40 1 912.0 27.0 43.00 1 920 25.1
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    表  6  CL=33 pF,Δ=0.24 mm时输入输出特性

    f/kHz V2/kV I1/mA
    15 1.20 140
    17 1.20 80
    20 1.20 180
    23 1.24 280
    25 1.20 350
    28 1.24 440
    30 1.24 500
    35 1.30 600
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    表  7  20 kHz下高压电阻$R $与通频带$ {B}_{c} $实验

    R/kΩ Bc/kHz Q
    0 1.4 14.0
    2 2.0 10.0
    4 5.0 4.0
    6 8.0 2.5
    8 13.0 1.5
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  • [1] 晏磊, 才德蓉, 滕云鹤, 等. 有源谐振静电陀螺支承系统的设计与实验研究[J]. 中国惯性技术学报, 1994(4): 40-44.
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-11
  • 录用日期:  2023-07-11
  • 网络出版日期:  2023-09-28

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