加速度计组件温度特性在系统建模

捷联惯导系统(SINS)内部工作温度的升高会引起其中加速度计组件输出脉冲产生漂移.分析了SINS初始对准精度与加速度计组件温度漂移的关系,设计针对双轴位置转台的五位置升温实验,分离出加速度计组件零偏、标度因数误差和温度之间的关系,最终通过多项式拟合建立起补偿模型.常温条件下(25℃～50℃)系统应用结果表明,该建模和温度补偿方法可以改善加速度计组件安装误差标定精度,并提高SINS对准精度和快速启动能力.     

石英加速度计零偏非线性集成预测

基于小波变换(WT)的多尺度分析能力和径向基函数(RBF)神经网络良好的非线性预测与集成能力,研究了一种非线性集成预测方法.针对贮存期石英挠性加速度计零偏漂移抑制的问题,提出了基于WT和RBF神经网络的一种石英挠性加速度计零偏非线性集成预测方法.为验证所提方法的有效性,设计了一种加速度计参数的重力场标定实验,并针对某型号石英挠性加速度计进行了为期2年的标定实验.分别利用所提WT-RBF集成模型和RBF模型对零偏标定序列进行了预测分析,仿真结果显示:WT-RBF集成模型具有更好的预测性能.     

一种基于石英加速度计的新型温度补偿算法设计

针对基于石英挠性加速度计的倾角传感器在外界环境温差较大、温度快速变化时,测量不准确的问题,采用反正弦法计算角度,应用最大似然估计准确获取采样数据,利用最小二乘法进行数据处理,建立了数据处理和温度补偿两种算法模型,并进行了恒温试验、升温实验、降温实验和温度补偿对比实验.实验结果表明,建立的两种算法模型,解决了外界温度迅速变化时测量不准的难题,提高了传感器的温度适应能力和测量精度.     

石英加速度计温度漂移的小波网络建模

无陀螺捷联惯导系统中所使用的石英加速度计的输出在不同温度条件下漂移比较显著,通过理论分析和试验研究了其静态温度特性,提出了利用小波神经网络进行补偿的方案.与传统的BP神经网络相比,其拟合精度得到大幅度提高.实验结果表明,该方法能有效补偿加速度计的温度漂移误差.     

基于Kalman滤波和神经网络的MEMS陀螺温度漂移补偿

MEMS陀螺温度漂移严重影响系统的测量精度。传统的BP神经网络建模补偿容易使权值和阈值陷入局部极小值,导致网络训练失败。陀螺输出信号中的高频噪声也会影响模型精度。针对上述问题,该文提出一种Kalman滤波结合粒子群算法(PSO)优化BP神经网络的MEMS陀螺温度漂移补偿方法。首先对陀螺进行了温度漂移测试实验,然后采用Kalman滤波对实验数据进行降噪,最后建立陀螺温度漂移模型,从而实现温度漂移的补偿。实验结果表明,采用该方法补偿后MEMS陀螺在不同温度下的输出方差降低了65.09%,与传统的BP神经网络相比补偿精度明显提高。     

基于快速小波变换的石英加速度计零偏预测

针对石英挠性加速度计零偏在贮存期间受外界环境影响发生漂移的补偿问题,研究了基于快速小波变换的加速度计零偏预测方法.通过Mallat算法从非平稳的零偏序列中提取出平稳的细节序列和非线性趋势序列,再根据序列的特点分别采用自回归移动平均(ARMA)模型和径向基函数(RBF)神经网络进行预测建模;最后利用小波重构公式得到零偏预测值.为验证所提方法的有效性,对某型加速度计2年贮存条件下的零偏标定值进行了建模仿真.结果显示:组合模型较单一自回归综合移动平均(ARIMA)模型和RBF模型预测精度分别提升45.5％和47.4％.     

石英挠性加速度计的误差补偿模型的研究

为了确保捷联惯导系统中加速度计的性能,研究了CHJN-2A石英挠性加速度计的静态输出特性.通过大量的重复性静态实验测试,分析了石英挠性加速度计的误差来源,并建立了影响导航系统定位精度的主要误差补偿的数学模型.结果表明,CHJN-2A石英挠性加速度计的输出特性具有较好的重复性,可以通过软件进行补偿提高它的精度.     

石英挠性加速度计中补偿环的优化设计

温度对石英挠性加速度计力矩器磁路的稳定性有着极大的影响,进而使标度因数发生变化。为了提高石英挠性加速度计的稳定性和测量精度,首先利用ANSYS有限元仿真分析磁路中气隙处的磁场分布,确定了力矩线圈最优工作位置,减少因摆片上下摆动引起的测量误差;然后对比了在-20℃~60℃时有无补偿环对工作气隙磁通密度的影响,验证了补偿环的温度补偿作用;最后结合实验数据,对温度在20℃~60℃范围内变化时补偿环的尺寸进行了优化。结果表明,在线圈最优工作位置以及补偿环适当尺寸下,工作气隙磁场的温度稳定性得到了很大提高。     

石英挠性加速度计时间同步无线测试系统

针对石英挠性加速度计参数建模时的同步测试需求,基于无线通信技术设计了时间同步无线测试系统。该系统基于CC2530无线SOC芯片设计,采用硬件捕获时间戳的方式降低部分延迟因素,利用最小二乘法（Least Squares Fit,LSF）估计、补偿无线节点间的相对时钟漂移,设计了监听同步方式以减少发送同步信息包的次数。单跳及多跳监听同步测试结果表明,其4跳平均同步误差为3.826μs,均方差为3.286μs,且4跳平均监听误差分别为8.193μs、5.241μs。系统能满足石英挠性加速度计参数建模应用的同步测试要求,并可以推广到类似应用中。     

硅电容式高精度双轴倾角传感器温度漂移补偿研究

为了提高倾角传感器测量精度,提出了一种基于最小二乘多项式分段函数非线性曲线拟合温度漂移补偿方法。根据倾角传感器原理与温度漂移补偿特性,结合实验情况,建立两段分段函数温度漂移补偿模型,忽略其它粗大误差的影响,引入自变量温度,并固定角度,使用最小二乘法对实验采集的数据进行分析与处理。经实验证明:温度在-36～55℃范围内倾角传感器测量误差精度达到0. 001°。该方法有效地提高了倾角传感器的测量精度,取得了良好的补偿效果。     

一种新型MEMS加速度计温度补偿方法研究

为降低环境温度对加速度计测量输出的影响,本文提出了一种新的加速度计温度补偿方法,即三维拟合曲面和计算的补偿方法。本文详细介绍了该温度补偿方法的具体原理和实现方法,并用实验进行了验证,实验结果表明加速度计最大零位漂移由温度补偿前的500 mV缩小为温度补偿后的50 mV,即温漂缩小了一个数量级,补偿效果明显。     

一种关于挠性加速度计温度控制系统设计方法

为了提高石英挠性加速度计的零偏稳定性指标,确保惯性导航系统定位定向精度,需要石英挠性加速度计长期工作在稳定的环境温度范围内,相应的温度控制系统设计技术尤为关键;针对某高精度惯性导航系统对温度控制精度指标的实际需求,首先设计了以DSP为核心控制器的温度控制硬件电路;同时以加速度计组件为控制对象,建立温控模型,采用PWM波控制策略及增量式PID控制算法,利用MATLAB仿真工具获得较优的控制参数;在DSP中开发了温度控制程序,并进行参数整定、指标测试,最终使加速度计工作环境温度稳定在55±0.2 ℃范围内;通过实际应用验证表明,该方法针对石英挠性加速度计工程应用特点,实现的温度控制精度高,稳定性好,能够为惯性导航系统的高精度使用奠定基础。     

石英挠性加速度计的温场分析

利用有限元法对大量程二元脉冲调宽石英挠性加速度计因力矩线圈发热而造成的内部温场变化进行了分析，从理论上计算出温场的分布情况和变化情况，并通过对温度误差的分析，阐述了提高温度特性的有效途径，为加速度计的热设计和温度补偿提供理论依据．     

石英加速度计数据采集系统设计

随着DSP及集成电路技术的发展,应用ADC芯片实现高速、高梢度数据采集已不再是难题;针对石英挠性加速度计输出信号的特点,设计了基于DSP及ADC的数据采集硬件电路,并分析了系统主要误差来源;应用DSP高速数据处理的特点,采用软硬件联合滤波,提高了系统抗干扰能力,并对加速度温度漂移进行实时误差补偿,由于ADC的转换结果仍存在一定误差,采用最小二乘法进行校准补偿,最后将处理结果以PWM调制脉冲输出;实验结果表明,通过软硬件措施,极大地提高了系统采集精度,满足了设计要求.     

隧道磁阻加速度计温度补偿技术研究

隧道磁阻传感具有灵敏度高、功耗低和体积小等特点。利用其高敏感特性,采用力、磁、电多物理场耦合可以实现加速度的高精度测量。针对存在温度漂移的问题,在研究隧道磁阻传感器的温度误差产生机制的基础上,对其本身进行温度误差补偿;同时结合加速度计测量系统及其温度特性,采用Elman神经网络构建系统的温度补偿模型,并利用粒子群算法优化网络参数。实测数据表明,补偿后的加速度计标度因子温度系数从719ppm/℃减小为193ppm/℃,全温零偏极差从125mg减小为5.2mg,验证了该方法能有效提升隧道磁阻加速度计的温度性能。     

石英挠性加速度计表头力矩器噪声模型研究

石英挠性加速度计的内部力矩器噪声对于高精度的加速度计应用系统的影响是不可忽视的,但很少引起高度重视.针对高精度加速度计电路应用需要,研究了力矩器机械热噪声和力矩器线圈谐振的影响,建立了表头内部力矩器噪声电路模型,设计了测试电路,并对噪声电路模型进行了测试与验证.理论和实验结果均表明:机械热噪声产生的等效加速度对系统影响较小,力矩器线圈影响的谐振与驱动方式及驱动频率有关,脉宽调制(PWM)波驱动方式较正弦波驱动方式产生的谐振影响更大,当驱动频率靠近谐振点时,产生毫安(mA)级的谐振电流.模型的建立对石英挠性加速度计应用具有较好的参考价值.     

基于DBN的硅压阻式压力传感器高精度温度补偿模型的研究

硅压阻式压力传感器因对温度具有敏感性,工作时受环境温度的影响会产生温度漂移现象,降低了测量精度,为提升压力传感器的检测精度,提出了一种基于深度信念网络(Deep Belief Network,DBN)的高精度温度补偿模型.研究了压阻式压力传感器的工作原理和温度补偿的数学模型,利用深度学习强大的数据表征能力,设计了区间定位的温度补偿模型构建算法,建立并优化DBN模型的网络结构,将DBN温度补偿模型对实验数据进行训练拟合,结果表明:温度补偿后的满量程相对误差由原来的7.013×10-3提升至8.240×10-5,验证了所提出的方法能具有较好的稳定性和温度补偿效果,较大幅度地提升了传感器的检测精度.     

三轴一体石英挠性加速度计标定数学建模与误差分析

为了提高加速度计标定精度,针对三轴一体石英挠性加速度计确定性误差特性和工程安装特点,基于笛卡尔空间坐标系之间的转换,推导加速度计坐标系与载体坐标系之间的转换矩阵,建立三种石英挠性加速度计线性标定数学模型.仿真和导航实验结果表明:三轴一体石英挠性加速度计标定数学模型误差引起捷联惯性导航系统速度误差、位置误差和姿态误差,且姿态误差和位置误差包含常值分量;所有误差均包含舒勒周期振荡和傅科周期振荡,傅科周期振荡调节舒勒周期振荡.     

一种小型惯性测量单元的精确标定技术

研究了一种基于MEMS陀螺和加速度计的惯性测量单元(IMU)的系统标定技术,建立了陀螺和加速度计的温度漂移和非线性误差模型,采用逐步线性回归法对以上模型进行了简化,并设计了补偿算法;实时补偿效果表明,在-40℃~60℃的温度变化范围内,惯性测量单元的零位偏值、偏值稳定性和非线性度都达到较高精度,这种误差标定方法可有效解决MEMS-IMU惯性器件误差的标定与补偿问题。     

石英挠性加速度计在线测试与分析系统

石英挠性加速度计评价指标主要由零偏和标度因数组成。长期监测石英挠性加速度计的输出特性,能有效地分析其性能退化过程。针对石英挠性加速度计实时性能评测、参数建模等需求,设计了一种基于无线传感器网络的无线采集与实时分析处理系统。系统以CC2530为核心,设计了无线传感器节点,采用Z-stack构建无线自组织网络;采用Mesh拓扑结构,集成以24位AD7734芯片为核心的模数转换电路,实现了石英挠性加速度计信号的高精度模数转换与无线传输。设计了可视化上位机终端控制台,实现了测控网络节点管理、远程控制、数据实时分析及加速度的零偏和标度因数的在线计算。设计了节点唯一标志,实现了网络数据的快速分类和管理。系统可容纳节点个数大于40,节点采样误差为0.033 9 m V,实现了加速度计的长期自动化数据采集。