ARMA模型在光纤陀螺惯导系统寻北中的应用

在光纤陀螺捷联惯导系统寻北过程中,光纤陀螺的随机漂移是影响其精度的重要因素。论文提出了一种建立三阶自回归模型AR（3）方法,实现了高精度FOG捷联惯导系统静态输出信号的在线建模,并采用强跟踪卡尔曼滤波技术进行误差的实时滤波。寻北试验结果表明,寻北精度有了明显的提高,从而验证了方法的可行性,具有工程实用性。     

基于抗差估计的快速动态寻北算法

陀螺寻北仪是一种精确、快速测定真北方位的仪器.主要特点是:定向精度高、测量时间短、在任何时间和地点(高纬度地区除外)都可以自主定向.然而,陀螺寻北仪易受异常因素影响,而使定向观测值产生异常.采用旋转调制方法,研究了以动调陀螺为角速率传感器的全姿态寻北仪.为了削弱动调陀螺的噪声对寻北精度的影响,基于抗差估计原理构造了高崩溃污染率的初值辅以IGGⅢ方案迭代解算的混合算法.计算结果表明:基于可靠初值和稳定均方差因子估值的抗差估计可以有效削弱异常干扰的影响.测试结果显示,在4 min之内系统的寻北精度优于1.5 ',远高于最小二乘估计得到的精度.     

捷联航姿自主测姿算法研究

研究飞行器姿态稳定性控制优化问题,针对载体作长时间飞行时,由于低精度陀螺、加速度计和磁传感器使航姿系统易受到运动加速度的影响而导致姿态精度较低,甚至发散的问题,为提高稳定性能,提出在采样周期内根据陀螺输出进行姿态更新.在滤波周期内首先利用系统自身信息实时地判断载体所处运动状态,然后根据运动状态选用不同的量测信息进行卡尔曼滤波,修正陀螺漂移造成的姿态角误差.仿真结果表明,算法提高了机动情况下的姿态精度,且在非机动和机动情况下,姿态精度都能满足系统稳定性能的要求.     

动基座下粗—精寻北算法研究

介绍了陀螺寻北仪的工作基本原理及外界干扰对该系统的影响,选取正弦模型为基座晃动模型来模拟外界的干扰,采用粗—精寻北的组合寻北方法实现外界干扰情况下航向角、俯仰角及滚动角的解算;粗寻北采用均值法;精寻北针对噪声数据的统计特性未知的特点,采用抗野值的带Sage-Husa噪声估计器的自适应卡尔曼滤波改进方法,对比了野值对寻北结果的影响,并在不同的晃动幅值和晃动频率下进行了仿真,结果表明该方法精度高、抗干扰能力强,能有效地实现寻北解算。     

旋转调制寻北方法的误差研究

采用一个陀螺和一个加速度计可以组成最简单的旋转调制式寻北仪.影响寻北仪寻北精度的误差源有很多,不同误差源对寻北精度有着不同程度的影响.为了研究引起寻北误差的主要误差源对寻北结果的影响,对提出的寻北仪三种方法(二位置、四位置、连续旋转)的公式进行了推导,并采用MATLAB进行了仿真.仿真结果表明,影响寻北仪寻北精度的主要误差源为:初始航向角、陀螺常值漂移、采样时间、转位误差、转台旋转速率(连续旋转方法)、台面倾斜角等.结果可为寻北仪的优化研制提供了理论依据.     

捷联惯导动态角精度实时测试评定技术

针对验收和使用捷联惯导过程中对其姿态角、姿态角速度精确动态测试及性能评估的需求,设计了角度和角速度精度评估模型,利用高精度三轴转台、电子水平仪和高精度陀螺寻北仪等标准设备构建了检测评估系统。该系统可自动操控转台为被测捷联惯导提供动态角度和角速度激励,模拟摇摆、加速、减速、静态、匀速多种工况,并实时采集转台和捷联惯导的姿态角和姿态角速度输出偏差,实现了对动态角精度进行实时评估。通过检测OCTANS角精度实验,证明了该方法实时有效,动态激励全面,检测精度高,为捷联惯导动态角精度的评估提供了工程实用的新途径。     

基于MEMS加速度计的高精度倾角传感器研制

为了测量煤矿井下液压支架姿态角度以实现支架姿态模型检测,设计了一款基于微电机系统(MEMS)加速度计的高精度倾角传感器。首先,对MEMS加速度计测倾角的基本原理进行研究。其次,分析传感器角度测量误差的影响因素,提高倾角传感器的测量精度:对加速度计的输出数据进行分析,分别设计传感器误差校准及坐标旋转的方法。最后,通过选用合适的传感测量元件及辅助电路,成功设计了高精度三轴倾角传感器。在试验室中对样机进行测试表明:该倾角传感器可以实现三轴方向上±90°范围的角度测量,测量精度在0.1°以内。该产品不仅可以用于煤矿井下,实现液压支架三轴姿态角度测量,满足液压支架姿态模型检测与分析的要求;还可以作为一种传感测量设备,在诸如工业自动化、智能平台等领域,实现角度测量功能。此外,误差校准及坐标旋转方法可以为其他高精度设备的设计提供良好的理论基础。     

一种实用的激光陀螺寻北仪数据处理技术

本文针对车载环境下单位置激光陀螺寻北仪的输出信号进行了分析处理,设计了FIR低通数字滤波器抑制高频扰动,设计了一种利用加速度计进行陀螺误差补偿的低频扰动的抑制算法。Matlab仿真结果表明,本文的方法能够有效地抑制扰动,提高寻北仪寻北精度。     

AHRS航姿解算中的两种滤波方法的比较研究

关于飞行姿态角优化问题,由于加速度计的测量值中同时包含了重力加速度和运动加速度信息,并且磁传感器易受铁磁性物质干扰,直接利用加速度计的测量值计算横滚角和俯仰角易产生较大误差,进而在利用磁传感器的测量值计算航向角时也将会引入了误差.为了减小加速度计和磁传感器的姿态解算算法所解算的姿态角误差,提出利用陀螺仪的输出,分别设计了互补滤波器和卡尔曼滤波器(Kalman Filter)对加速度计和磁传感器的输出进行处理,采用VN-100的微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)的数据进行MATLAB仿真,并对两种滤波器的滤波效果进行了比较.实验结果表明,互补滤波和Kalman滤波均能提高该算法的姿态角精度,并且互补滤波器比Kalman滤波器效率更高,性能更好.     

基于机动检测的捷联航姿算法研究

针对低精度陀螺仪、加速度计和磁传感器组成的捷联航姿系统存在的易受载体运动加速度影响而导致姿态精度下降甚至发散的问题进行了研究,提出了一种基于机动检测的捷联航姿算法。该算法根据陀螺仪数据进行姿态实时更新,利用加速度计和磁传感器输出对载体姿态误差进行校正以保持航姿输出的长期精度。算法根据加速度计输出在导航系中投影的水平分量进行机动检测,剔除机动期间的加速度数据,利用载体匀速运动状态下的加速度数据与磁传感器数据构造量测,利用卡尔曼滤波器对姿态误差进行估计并修正。仿真结果表明,该算法能有效完成载体机动检测,保证系统存在机动的情况下姿态精度满足应用要求。     

基于局部投影方差的快速车牌校正方法

车牌倾斜与错切校正作为车牌识别的重要环节,虽已提出不少方法,但仍存在准确度低、效率低等不足。鉴于现有方法的不足提出一种高效的车牌倾斜与错切校正方法。首先,根据车牌图像的投影方差存在着明显的局部性规律,提取车牌的局部特征图像用于角度检测。并提出一种基于坐标旋转的最大投影方差获取方法,快速得到车牌水平倾斜角度和垂直错切角度。此外,针对字符本身的结构对于垂直错切角度检测的影响,提出相应的解决策略。最终使用3000张情况各异的车牌进行实验。实验结果表明,在正确率比现有传统方法略高的情况下,算法效率也得到大幅提升。     

基于超声波原理的开孔参数标定系统研究

针对传统的人工丈量方法标定开孔方位角和倾斜角存在操作程序繁琐、稳钻时间长、精度低等问题,设计了基于超声波原理的钻孔开孔参数标定系统。该系统采用超声波渡越时间检测法测量参考点之间的距离,并由单片机解算出钻杆的方位角,选用微机械三轴加速度计测量倾斜角,实现了全自动化的实时跟踪测量及智能化的钻机姿态调整语音指导操作;在误差允许范围内,可快速标定所需开孔参数。该系统提高了开孔参数标定精度、标定效率及煤矿管理水平,降低了矿工劳动强度和煤矿管理成本。     

起重机底座转盘水平状态监测用水平传感器的研制

本文研制了一种用于起重机底座转盘水平状态监测的新型水平传感器,该传感器采用双轴加速度芯片SCA100T作为敏感元件,结合数字信号处理、单片机技术和LCD显示技术,将起重机底座转盘与水平面的夹角以数字的形式直接显示在LCD显示器上。实验数据分析表明,该水平传感器最大误差小于0．015°,满足起重机底座转盘水平状态的监测要求。     

随钻测量用微小型惯性测量单元设计

为满足随钻测量仪器在小口径油井、高频振动、强冲击等环境中的应用需求,使用光纤陀螺与石英挠性加速度计作为传感器组件,设计加速度计信号采样电路,小型化导航计算模块采用SOPC＋SDRAM＋FLASH,完成传感器信号采集、误差补偿、导航解算以及与上位机通信等功能。惯性测量单元（ IMU）集成了电源模块、传感器组件和导航计算机,最终制作成38 mm的随钻测量仪器。实验结果表明：当井斜角不小于5°时,样机能够达到系统姿态解算精度要求（井斜角误差小于±0.2°,方位角误差小于±2°,工具面角误差小于±0.2°）。     

基于图像矩的车牌号码倾斜校正

根据矩的旋转不变性计算倾斜车牌号码图像的质心和归一化的中心矩,得到使二阶中心矩变得最小时的旋转角α,把整个图像绕质心旋转α进行水平倾斜校正;在垂直倾斜校正中,提出了坐标相关系数法和最小二乘拟合直线法等2种校正方法,分别计算出垂直倾斜角θ,并对水平倾斜校正后的图像进行错切变换,得到最终的校正图像.实验结果表明,该方法简单实用,能快速、准确地检测出图像的倾斜角,为图像倾斜校正提供了一种有效方法.     

基于MMA8452Q的肢体动作识别系统的设计

针对手势交互中手势信号的相似性和不稳定性,在研究了加速度传感器MMA8452Q的基础上,设计并实现了一种基于三轴加速度传感器的手势识别方案。该系统利用MMA8452Q传感器采集手部倾斜角度信号,通过IIC连接方式将采集到的数据传送到单片机STC89C52RC,单片机STC89C52RC对接收到的数据进行分析处理,最后输出相对应的控制信号,可以用来实现肢体动作控制家电。测试结果表明：系统测量精度高、运行稳定,实时性好、性价比高,具有一定的实用价值。     

基于CEEMDAN的MEMS加速度计输出信号降噪方法

针对微机电系统(MEMS)加速度计输出信号存在误差,导致高压输电杆塔倾斜监测系统的输出倾角数据精确度不高的问题,提出了一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)联合奇异值分解(SVD)对杆塔的加速度计输出信号降噪方法。利用CEEMDAN对原始加速度计输出信号进行分解,得到一系列模态分量,分别计算其排列熵(PE),筛选出特征分量和含噪特征分量,然后再将需进一步降噪的特征分量通过SVD进行二次滤波,最后将降噪后的特征分量与未处理的特征分量进行叠加即得到降噪后的加速度计输出信号。仿真实验结果表明,所提出的方法可以有效地抑制噪声干扰,通过与扩展卡尔曼滤波和CEEMDAN-PE对比说明该方法滤波效果更好,有效提高了加速度信号分析精度和杆塔倾斜角测量精度。     

基于三轴加速度传感器的倾角测量系统的设计

基于美国AD公司ADXL345三轴加速度传感器,设计了一个以C8051F040单片机为核心的实时倾角测量系统,详细分析了模块的硬件实现以及软件实现方法。经实验结果表明,此系统结构简单,能够实时检测并显示倾角,具有较好的稳定度和精确度,实际应用中效果良好。     

LTE中电调天线角度远程测量研究

提出了LTE中,用移动终端远程控制eNodeB,对电调天线的方向角、机械下倾角和电子下倾角进行测量的方法。设计了用于LTE电调天线远程测量系统的协议以及该系统的实现方案。该方案使用光电传感器测量电子下倾角、二维倾角传感器测量机械下倾角和方向角。将该系统用于LTE网络规划及优化设备中,可实时监测天线的角度同时达到改善网络质量的目的。     

单极板微位移电容传感器结构设计与优化

根据单极板微位移电容传感器结构优化设计的问题,提出了一种基于纵横推进法的电磁场仿真参数化建模方法。在建立合理的单极板电容传感器电磁仿真参数模型基础上,首先通过仿真实验选择保护环和绝缘层缺口的最优值。然后依据仿真得到的最优值,选择结构与最优值接近的电容传感器产品对比,取得了较好的研究结果,电容仿真值与实际测量值误差小于0.3%。最后对电容传感器极板倾斜对测量结果的影响进行了研究,极板倾斜2°时测量误差为1.6%。电容传感器结构优化结果满足实际工程要求。