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.     

基于抗差估计的全姿态多位置寻北

为解决寻北过程中需要人工调平而耗时较长的问题,结合全姿态多位置寻北模型,采用总体最小二乘法估算北向角;该算法将陀螺漂移转化为测量误差,而转台倾斜误差、轴系误差及安装误差等同系数矩阵误差,在忽略较少误差项的同时完成寻北过程;并根据实际数据中含有粗差的情况,提出抗差总体最小二乘方法,引入IGGⅢ等价权函数消除粗差数据的影响,从而提高算法在含有粗差数据时的寻北精度;仿真数据分析和实验结果表明:该算法能有效削弱粗差对寻北精度的影响,实现全姿态高精度寻北。     

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。     

1/4周期积分法的陀螺智能寻北

现代寻北测量中对于陀螺经纬仪的寻北精度、速度及仪器自动化程度的要求越来越高.通过研究陀螺仪寻北的理论公式及陀螺仪寻北的积分测量方法,提出了在四分之一周期测量时间内计算真北值的1/4周期积分测量方法.实验表明,在保证陀螺寻北周期精度的前提下,仪器寻北精度可以达到20″.一次寻北时间由8 min多缩减为3 min以内,大大缩短了精寻北的测量时间.说明了1/4周期测量方法是提高寻北效率的有效途径.     

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。     

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。     

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。     

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.     

基座扰动影响磁悬浮寻北仪精度的数据处理方法研究

影响磁悬浮寻北仪精度的因素可分为高频噪声干扰和低频大能量干扰,为消除基座扰动对磁悬浮寻北仪精度的影响,采用小波预处理消除系统内部高频噪声影响;并提出基于EMD分解干扰点检测的三次样条插值包络均值滤波结合抗差估计的新算法,以有效消除外界低频大能量干扰。对比分析算数均值滤波和最小二乘法的寻北结果精度,计算结果表明,存在外界异常干扰时,提出的处理算法可以得到更高的寻北精度。     

寻北仪系统的挠性陀螺伺服电路设计

分析了挠性陀螺及其寻北原理,针对使用挠性陀螺作为敏感器件的寻北仪系统,提出了一种结构简单的陀螺伺服电路;对应给出的伺服电路原理图,分析了各个组成模块的功能;同时根据系统精度的要求及测试中发现的实际问题,通过采用补偿系统零位、选择合适采样电阻、增加延时电路等方法,可以实现减少放大器零偏对测量信号的干扰、较好地解决寻北精度与陀螺进动角速度之间的矛盾、提高系统的可靠性和稳定性等目的;实验证明在样机上改善效果显著.     

基于小波分析的最小二乘拟合及应用

直线是图像分析过程中非常重要的描述符号。在工业控制中,图像处理通常采用最小二乘法对直线进行拟合,但在对估计精度要求较高时,传统最小二乘法往往不能满足要求。将离散小波变换和传统最小二乘法相结合,建立了一种基于小波预处理的最小二乘估计的新方法,获得了比传统最小二乘法效果更好的估计结果。试验证明了该方法的有效性和高精度性。     

基于T-S模糊系统的软测量混合建模研究

在分析几种模糊系统建模方法的基础上，提出一种简单有效的软测量建模方法．该算法基于变结构构造法模糊建模思想，均匀设计模型的初始结构，以绝对误差为建模指标，通过增加模糊规则来提高T S模糊系统的精度．为降低规则参数辨识的计算量，提高建模速度，将规则参数分为线性和非线性两部分，分别采用Levenberg Marquardt法与最小二乘法进行辨识．实例证明，本文所提出的建模方法规则分布合理，收敛速度快，泛化性能好，适合建立多输入的软测量模型，具有较好的实际应用价值．     

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IGG抗差最小二乘法的三相配电网谐波状态估计

针对传统最小二乘法在谐波状态估计量测数据中混有粗差时的处理能力不足,提出了一种基于IGG法的抗差最小二乘法。抗差估计是统计学里面常用的一种针对数据中含有粗差的处理方法,而抗差最小二乘法就是将抗差估计和最小二乘法相结合的一种新的估计方法。该方法对量测数据进行降权、保权和淘汰,改善量测数据的权重,从而抵御了粗差对估计结果带来的恶劣影响。同时,目前大多数的配电网谐波状态估计模型采用简化的单相模型,并未考虑配电网三相不平衡的特点,本文建立了配电网的三相数学模型,并采用IEEE33节点系统进行仿真分析,在量测数据中混有粗差时分别运用抗差最小二乘法和传统最小二乘法求解并对估计结果进行误差对比,算例结果表明了抗差最小二乘法具有较强的抗差能力且估计精度优于传统最小二乘法。     

Satellite-based carbon stock estimation for bamboo forest with a non-linear partial least square regression technique

This article explores a non-linear partial least square (NLPLS) regression method for bamboo forest carbon stock estimation based on Landsat Thematic Mapper (TM) data. Two schemes, leave-one-out (LOO) cross validation (scheme 1) and split sample validation (scheme 2), are used to build models. For each scheme, the NLPLS model is compared to a linear partial least square (LPLS) regression model and multivariant linear model based on ordinary least square (LOLS). This research indicates that an optimized NLPLS regression mode can substantially improve the estimation accuracy of Moso bamboo (Phyllostachys heterocycla var. pubescens) carbon stock, and it provides a new method for estimating biophysical variables by using remotely sensed data.     

基于改进遗传算法的非线性系统模糊辨识新方法

提出一种基于改进遗传算法和递推最小二乘的非线性模糊辨识新算法.该辨识方法包含结构辨识辨出和参数辨识,结构辨识即输入空间的模糊划分,采用具有自适应性的广义高斯隶属函数;参数辨识包含前提参数和结论参数,用基于动态比例变换的改进遗传算法优化高斯函数的前提参数,用递推最小二乘辨识模糊模型的结论参数.最后通过著名的Box-Jenkins煤气炉数据仿真(仿真环境:MATLAB 6.5,计算机主频2.4 GHz,内存512 MB),并根据输入变量个数和模糊规则数,得到均方误差以证明本文方法的辨识精度,将该文辨识方法与其他方法进行比较,验证了该方法辨识精度更高.     

基于小二乘-卡尔曼滤波的wMPS系统跟踪定位算法研究

wMPS(workspace Measuring Position System)是一种新型的基于平面交会原理的网络式测量系统,在静态测量研究的基础上,研究了动态跟踪测量的问题。为了减小运动引入的测量误差,利用运动方程提高测量精度,采用了最小二乘法对接收器的位置进行静态估算,将其结果作为伪观测值,然后利用卡尔曼滤波做进一步处理,该方法避免了观测方程中的非线性误差,实现了接收器在运动过程中的高精度跟踪定位。通过试验对最小二乘法和最小二乘-卡尔曼滤波法进行了比较,结果表明最小二乘-卡尔曼滤波法的估值精度远高于最小二乘法。     

新型光纤陀螺支架抗振性有限元分析与优化设计

光纤陀螺作为船用导航设备应用时,环境振动对陀螺精度的影响不容忽视.探讨了光纤陀螺机械结构的振动特性,通过Ansys有限元软件对支架进行了动力学分析,在振动模态分析中得到了支架的固有频率与振型,正弦频响分析中得到了支架的频响曲线.对光纤陀螺支架的共振频率与振型进行了分析,提出了支架结构优化设计的方法并设计出一种新支架.     

动态称重系统的建模及其参数估计

阐述了为了兼顾动态称重系统的快速性和精度,将动态称重作为一个基于最小二乘法的参数估计和预测问题来处理,即从建立数学模型和信号处理算法方面加以解决。然后,将动态称重系统等效为二阶系统,分析得出了系统为时变非线性系统,推导出了系统的动态数学模型,并且,根据系统模型,将问题转化为参数辨识问题。辨识算法上,采用了基于Householder变换的自适应最小二乘法,其具有抗方程病态性好、稳定性好、估计精度高、计算量小、跟踪性好等优点。试验结果证明:所提出方法是可行的,达到了试验提出的技术要求,测量相对误差小于0.25%FS,系统在全量程范围内的准确度不低于0.25%。在提高称重速度的同时,也保证了系统的测量准确性,对于此类系统的实用化开发具有很好的参考价值。     

神经网络和遗传算法在光纤陀螺温度漂移建模中的应用

该文提出了一种基于人工神经网络和遗传算法的光纤陀螺温度漂移建模的方法,并采用混配的方法,对遗传算法进行了改进,克服了遗传算法中所存在的种群内过早收敛的缺点,极大地提高了预测算法的准确度。经实测数据验证,该方法具有较好预测的效果。