二位置陀螺寻北仪及转位误差分析

文章介绍了二位置陀螺寻北仪工作过程及算法原理,它采用陀螺仪在相差180°的两点上采样相互对消陀螺常值漂移的方法,提高寻北精度;其突出特点是结构简单,实现方便,精度较好;为了提高寻北精度和缩短寻北时间,文章找出误差源中的转位误差,并分析了转位误差对寻北误差的影响,推导了误差公式,得出转位误差引起的寻北误差是一个常量的结论,同时提出了转位误差的测量与补偿方法。     

光纤陀螺动态寻北转位控制系统设计

针对光纤陀螺动态寻北仪实际应用中存在的转位误差以及高频测量噪声问题,对寻北仪转位机构引入低通滤波和反馈回路,设计出了一种新的转位控制系统,有效地减小了由于光纤陀螺和转位机构的误差带来的系统误差,从而提高了动态寻北仪的寻北精度;实验结果表明,相同条件下该控制系统能有效缩短寻北时间,提高定位精度至4″,具有较好工程实用前景。     

煤矿井下开孔定向仪寻北系统误差分析及补偿

针对现有钻机开孔定位装备在测量精度、成本及操作性上不能满足实际需求的问题,设计了一种将基于单轴光纤陀螺的寻北系统与基于微惯性测量单元的跟踪系统相结合的新型钻孔开孔定向仪。以四位置寻北方法为例,介绍了寻北系统的基本原理,并从光纤陀螺的输出误差、安装误差、倾斜角误差、转位误差、地球物理量误差等方面介绍了寻北系统的各种误差及来源。针对安装误差和倾斜角误差,建立了非线性加速度误差补偿模型;针对光纤陀螺的随机漂移误差,采用卡尔曼滤波方法进行修正。实验结果表明,减小倾斜角、光纤陀螺随机漂移误差、转动机构转位误差、安装误差均可有效提高开孔定向仪寻北精度,满足煤矿井下钻探需求。     

基于FFT的陀螺寻北仪误差补偿

传统提高陀螺寻北仪精度的方法主要是选用高精度陀螺、提高转位精度、增加转位数、通过数字滤波消除外界干扰等,这些方法大多针对寻北仪的某方面误差因素进行改进,而对寻北仪整体的误差特性研究较少。通过对陀螺寻北仪综合误差特性的分析,提出了基于快速傅立叶变换(FFT)的寻北仪误差补偿方法。该方法首先测量出寻北仪的整周误差,然后通过求取FFT系数完成对寻北仪的系统级误差补偿,该方法尤其对寻北仪制造过程中的结构误差和测量元件的常值漂移残差具有良好的补偿效果。经产品验证可以在保持现有陀螺和转位精度不变的情况下,提高寻北精度3倍以上,具有良好的工程实用价值。     

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.     

基于光纤陀螺的二位置快速寻北系统设计

基于光纤陀螺的二位置寻北系统采用捷联式方法寻北,具有寻北快速和结构紧凑等特点。选择标度因数接近的2只光纤陀螺,敏感轴垂直布置于转位机构上,在步进电机的驱动下,实现二位置变换。步进电机经减速后的驱动轴与惯性测量单元支架的旋转轴组成内外嵌套的共轴传动系统,可使结构紧凑、刚度较大,有利于保证转位机构的精密快速旋转。硬件电路采用DSP为核心处理器,负责光纤陀螺和加速度计数据采集与寻北解算等。构建样机进行转位、单位置重复性与圆周精度测试,测试结果表明:转位精度为30″,单位置重复性与圆周精度小于0.1°,转动过程加数据采集过程的整个寻北时间小于3 min,满足预期的设计指标。     

积分法在智能陀螺寻北系统中的应用研究

寻北方法是陀螺寻北仪的重要研究对象。在分析智能陀螺寻北系统的光路及采集系统基础上,对积分法进行了深入的理论分析,并讨论了其在智能寻北系统中的应用研究。利用JT—15型陀螺寻北仪,分别用中天法和积分法进行了寻北测量的对比实验,中天法测量的标准偏差不超过11,″积分法测量的标准偏差不超过9″。实验结果表明:积分法可以得到比中天法高的测量精度,在全自动智能寻北系统中可替代中天法进行寻北测量。     

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。     

单激光陀螺罗盘寻北误差建模及滤波技术

传统吊带式陀螺罗盘系统短时间快速寻北精度较低,对环境的适应能力差.为提高陀螺罗盘寻北性能,提出使用单激光陀螺作为测量元件的二位置罗盘寻北方案.考虑到激光陀螺输出数据特性以及陀螺罗盘系统应用条件,通过对激光陀螺误差源进行分析,确定针对陀螺输出数据使用惯性环节滤波和滑动平均的组合滤波方法.以低精度激光陀螺实验数据进行仿真计算.滤波前后信号对比明显,说明滤波方法对噪声信号抑制效果明显;寻北结果达到4'的精度且收敛速度较快,证明了方案的可行性.     

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。     

基于光纤陀螺的单周快速动态寻北算法研究

以单个单轴光纤陀螺为主要惯性测量器件,提出了一种新的基于单周期逐点最小二乘拟合的快速动态寻北方案。该方法先利用连续恒速的机械旋转将光纤陀螺的输出信号调制成一定频率的余弦调幅波;然后,通过恰当的数字滤波处理较好地抑制了随机漂移和各种高频干扰对测量精度的影响,最后,通过整周期逐点最小二乘拟合显著地降低了低频干扰的影响,提高了寻北精度;并在此基础上进行了实验室实际测试和误差分析。实验结果表明:选用精度0.8°/h的光纤陀螺和该寻北算法,在12′内便可实现10个角分的较高解算精度,操作简单,稳定性好。     

陀螺寻北仪基座扰动的一种补偿方法

为了减小基座扰动对寻北精度的影响,首先分析了基座扰动引起的寻北误差,推导了基座扰动与寻北误差之间的关系表达式,并提出通过增加隔振基座和选择采样时间来减小基座扰动引起寻北误差的方法,通过卡车振动试验,证明该方法可以较好地减小基座扰动对寻北精度的影响.     

基于ARM9和MMC212xMG的数字寻北仪设计

利用地磁进行寻北是一项重要的导航技术。本文设计了一种基于美新公司MEMS地磁传感器MMC212xMG的数字寻北仪,采用S3C2440A微处理器实时读取传感器的地磁测量信息,并对其进行数据处理和校准后送虚拟仪表界面显示。实验结果表明,该系统性能优越,并具有较高的寻北精度。     

一种磁流体陀螺的设计研究

新型磁流体陀螺兼具带宽大、体积小、重量轻、寿命长、抗冲击等优良特性,是用于卫星微角振动测量的理想传感器,同时在寻北及小型无人机导航等领域也具有广阔的应用前景。提出了一种磁流体陀螺的设计思路,通过对磁流体陀螺工作原理的分析,设计了一种机械结构,该结构既形成了闭合磁路又构成了上下壁绝缘、内外壁导电的密闭磁流体通道,满足传感原理需求;采用低噪放大器组成信号处理电路并对噪声进行分析,该电路可以将本底噪声对传感器输出信号的影响降低至可接受范围内;对基于该思路设计的样机进行了初步试验,试验结果表明该磁流体陀螺能够敏感角振动,非线性误差小于0.6%,重复性误差小于0.5%,稳定性误差小于0.8%,具有很好的发展前景。     

An efficient camera calibration method for vision-based head tracking

The aim of this study is to develop and evaluate an efficient camera calibration method for vision-based head tracking. Tracking head movements is important in the design of an eye-controlled human/computer interface. A vision-based head tracking system is proposed to allow the user's head movements in the design of the eye-controlled human/computer interface. We propose an efficient camera calibration method to track the three-dimensional position and orientation of the user's head accurately. We also evaluate the performance of the proposed method and the influence of the configuration of calibration points on the performance. The experimental error analysis results showed that the proposed method can provide more accurate and stable pose (i.e. position and orientation) of the camera than the direct linear transformation method which has been used in camera calibration. The results for this study can be applied to the tracking of head movements related to the eye-controlled human/computer interface and the virtual reality technology.     

干涉式被动微波成像仪二维频谱特征及误差分析

干涉式被动微波成像仪(干涉式综合孔径微波辐射计)利用不同距离的干涉天线对形成的基线对视场范围内亮温分布的空间频谱进行采样,进而反演得到亮温图像。首先介绍了干涉式被动微波成像仪的基本工作原理,在此基础上分析了空间图像的二维频谱特征,并能利用这些特征从采样频谱中初步分析出原始亮温中的某些特殊分布,证实了在反演亮温存在明显振荡的情况下,可以从振荡方向判断存在误差的基线的大致位置。还分析了成像仪的天线位置误差、信道的幅度和相位误差以及天线方向图误差对反演亮温的影响及特点。这些分析将为从反演图像判断干涉式被动微波成像仪误差类型和来源提供重要的判别依据,并为后续的反演图像增强算法的设计提供重要的参考。     

基于PDR/UWB紧耦合的足绑式行人导航技术

为了解决低成本微机电惯性导航系统存在的累积误差问题,提出一种基于融合行人航迹推算(PDR)和超宽带(UWB)无线定位的实时室内行人导航系统.利用加速度计和磁强计进行初始姿态对准;考虑滤波误差估计,推导了惯性导航算法;依靠加速度计和陀螺仪的"与"逻辑进行行人步态检测;实施零速更新(ZUPT)提供速度误差观测量,利用UWB系统提供位置误差观测量;设计具有野值辨识机制的扩展卡尔曼滤波器进行数据融合.对提出的行人导航算法进行实验验证,结果表明该行人导航算法与传统定位方法相比能够有效提高行人定位精度.实验中,该行人导航算法能够获取低于0.2 m的定位误差,且稳定、不发散.     

Tracking and regulation control of an underactuated surface vesselwith nonintegrable dynamics

A continuous, time-varying tracking controller is designed that globally exponentially forces the position/orientation tracking error of an underactuated surface vessel to a neighborhood about zero that can be made arbitrarily small i.e. global uniformly ultimately boundedness (GUUB). The result is facilitated by fusing a filtered tracking error transformation with a dynamic oscillator design. We also illustrate that the proposed tracking controller yields a GUUB result for the regulation problem     

Kinematic Calibration and Pose Measurement of a Medical Parallel Manipulator by Optical Position Sensors

In the applications of parallel manipulators, kinematic calibration is required to eliminate the errors resulting from the manufacturing and assembly of both base and tools. In this paper, a calibration method of base and tool transformation is developed by virtue of optical position sensors. An error model for calibration is constructed using differential geometry method. The pose error is obtained based on pose measurement results of OPTOTRAK 3020, a commercial 3D position measurement system. An iterative least squares procedure is used to identify the error parameters in the base and tool transformations. Simulation and experiment results are presented to demonstrate the effectiveness of the method for transformation matrices calibration. © 2003 Wiley Periodicals, Inc.     

缩微智能车室内定位系统研究

为在缩微交通环境下模拟实现现实交通中GPS对车辆的定位以及辅助驾驶功能,文中利用RFID以及网络通信技术建立了缩微智能车的室内定位系统,并在此基础上运用卡尔曼滤波算法对缩微智能车进行机动目标跟踪,实现了缩微车在缩微交通环境下的实时定位显示。大量实验结果表明,该室内定位系统能够可靠显示智能车的当前位置,定位误差小于0．07m,满足缩微交通环境下缩微车的定位需求。