基于微惯性测量单元的人体动作检测系统设计

提出了一种新型虚拟训练软件输入设备,以解决目前虚拟训练软件常用的输入设备逼真度不足的问题;系统将微惯性测量原理应用于人体姿态检测,选用微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)器件构建微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)作为人体训练动作的硬件采集设备;采用VC++设计上位机系统软件完成人体动作检测与识别,系统软件通过软件接口驱动虚拟训练软件;通过原理样机测试,系统运行稳定可靠,解算精度在3°以内,该研究拓展了MEMS器件的应用领域,极大增强了虚拟训练的真实感和训练效果。     

基于MEMS的可穿戴无线体域网设计与实现

针对高精度低成本可穿戴式人体动作捕捉,采用MEMS微惯性传感单元(IMU)设计实现无线体域网系统.系统由六轴微惯性单元MPU-6050、三轴地磁仪AK8975、微处理器及射频模块CC2530构成.首先,详细讨论系统硬件构架和基于Z-Stack的软件构架,然后通过上位机Matlab用户程序进行数据采集与实验验证.实验结果表明,与其他微惯性传感器系统相比,本设计采用高集成度的芯片和无线通信方式,在减小硬件体积的同时能够获得较高精度的数据(角度传感器零漂＜1.5°),对实现可穿戴无线惯性测量有着积极的作用.     

一种微惯性测量单元标定补偿方法

在介绍微惯性测量单元组成与结构的基础上,根据MEMS惯性器件的输出特性,建立了微惯性测量单元中加速度计和陀螺仪的数学标定模型,提出并推导了一种适用于微惯性测量单元的标定方法,该方法可以得到微惯性测量单元中惯性传感器的零位、标度因数、安装误差系数及g值敏感项等33个参数;然后,具体介绍了通过加速度计重力场静态翻滚试验和陀螺仪恒角速率试验对MIMU中参数标定的方法和步骤,并对实验室自研的MIMU进行了标定;最后利用得到的标定参数对测试结果进行了误差分析与补偿;实验结果表明,该方法使MIMU的测量精度提高了1～2个数量级,能够满足姿态解算及导航计算的精度要求。     

微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究

针对微惯性测量单元(MIMU)小体积、低功耗、低成本、高实时性的应用需求,设计了一种基于ARM和MEMS惯性器件的MIMU系统,并根据实验中得到的惯性器件的误差特性建立了一种惯性器件误差补偿模型,然后在硬件系统上进行了实验验证.利用该模型对惯性器件测量结果进行修正,可以有效抑制误差,提高MIMU的测量精度.整个系统能满足使用精度要求.     

微机电惯性开关智能设计系统

针对目前微机电系统（Micro Electromechanical Systems,MEMS）惯性开关设计知识和经验逐步扩大和提高,但没有一套设计系统可以对以往知识和经验进行高效利用的状况,提出一种微机电惯性开关智能设计系统的开发方案。通过将知识工程引入到微机电惯性开关设计,开发出一套包含知识库、实例库、综合数据库、推理机制和虚拟试验5大模块的设计系统。系统测试表明,基于实例和知识的智能设计系统,能够实现经验与实例的有效重新利用。     

基于DI-GUY的某型导弹虚拟操作训练环境设计

对主要应用于士兵战术训练的DI—GUY人体仿真软件进行了介绍，并详细介绍了如何将重点应用于战术训练的DI—GUY软件应用于虚拟操作训练，给出了DI—GUY中虚拟人的具体修改方案，并给出了虚拟操作训练环境的实现方案以及主要解决的问题；给出了综合运用DI—GUY人体仿真软件和数据手套、空间球、立体眼镜等虚拟现实硬件设备所组成训练环境的具体实现方法；阐述了用于控制虚拟人运动的具体思路与方法，以及如何进行训练动作规划，并给出了训练任务实施的整体的程序框架。     

GNSS辅助MIMU初始对准技术研究进展

惯导系统以其独特的优势在军民领域得到广泛应用。而现代庞大的、多样化的复杂应用场景迫切需要惯导系统向微型化、低功耗、低成本方向发展，基于微惯性测量单元（MIMU）的应用便成为了关注的热点话题。初始对准是捷联惯导系统关键技术之一，文章对全球卫星导航系统（GNSS）辅助MIMU初始对准相关技术进行分析与讨论，概述国内外GNSS、微机电系统（MEMS）随机误差分析和GNSS辅助MIMU对准的研究进展，并且对组合对准技术的发展趋势进行了讨论。在进一步的研究中，通过充分分析MEMS惯性器件随机误差补偿、设计改进对准方法，为对准技术寻求更加有效的改进方法，有望提高初始对准的速度、精度和适用性。     

基于MEMS和CORTEX-M3的微惯性测量单元研制

从工程实际出发,给出了一种基于新型Cortex-M3内核ARM和MEMS惯性传感器的低成本、高性能微型惯性测量单元的结构框架。详细介绍了采用三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计和三轴磁阻传感器研制的微惯性测量单元硬件设计方案,分析了陀螺和加速度计的信号噪声,利用均值滤波法对信号进行预处理,对预处理后的信号采用FIR滤波器进行滤波,对陀螺和加速度计进行了标定。该测量单元已应用于某小型无人机的姿态测量,达到预期效果。     

基于ARM的微型捷联惯导计算机设计

为了实现低成本小型制导武器的小型化和低成本化,设计了微型捷联惯导计算机系统;充分利用ARM器件和MEMS器件的微型化特点,以ARM嵌入式处理器为核心,MEMS微惯性测量单元为敏感器,构建了捷联惯导系统的硬件平台.根据捷联惯导系统原理,通过对姿态更新和位置速度更新算法的研究编写了硬件可执行程序;然后,进行了捷联惯导的定位和测姿试验;结果表明以ARM作为微型捷联惯导计算机满足了设计要求,系统稳定可靠.     

基于Allan方差法的MEMS惯性器件随机噪声分析

地震仪测量的通常为水平分量,而对旋转分量的测量与研究还相对较少.单独运用陀螺仪测量振动的旋转分量,准确度不高,而且测量结果的漂移量较大.基于MEMS惯性器件的无陀螺捷联惯导技术或者陀螺仪-加速度计组合技术,为六自由度振动测量提供了便利.由于受其加工工艺的限制,MEMS惯性器件的测量精度还存在较大的差异,因此需要对MEMS惯性器件的误差特性进行对比测试与分析.文章应用Allan方差法对两种MEMS惯性器件的随机噪声进行了分析,得到了量化噪声、速度随机游走、零偏不稳定性、加速度随机游走、速率斜坡等5项随机噪声指标.随机噪声分析的结果表明,Allan方差法能有效地对MEMS惯性器件的随机噪声进行评估和分析.     

微机电加速度计的六位置标定

加速度计是惯性导航系统测量载体加速度和影响惯性导航系统精度的主要元器件.为提高惯性导航系统的精度,在使用加速度计以前需要进行加速度计的标定测试[1].主要介绍了微机电(Micro Electro Mechanical Systems,简称MEMS)加速度计的六位置标定法,以便从MEMS加速度计的误差模型中分离出MEMS加速度计的各项标定参数.这些参数包括MEMS加速度计的标度因数、零位漂移以及安装误差系数.并且在得到MEMS加速度计的各项标定参数后将其封装在C函数中进行了验证实验.实验结果表明MEMS加速度计的六位置标定法的原理简单并且在工程应用中容易实现,所得到的MEMS加速度计的输出不但反映了MEMS加速度计的实际输出,而且使MEMS加速度计的线性度得到改善.     

基于斜床减重的平衡功能控制系统设计与实现

为了对患者进行平衡功能的康复,采用基于斜床减重训练,模拟人体下蹲站起、步行运功训练和虚拟游戏训练;使用面向对象程序设计语言Visual C++6.0设计了基于斜床减重的平衡功能训练软件系统;该软件采用多线程处理技术,实现对系统的总体控制、脚踏板运动控制、床身倾斜角度控制、双下肢同步屈伸与交替屈伸运动控制及虚拟游戏;实验结果表明:该软件系统运行良好,重心移动轨迹总长、重心移动总面积等参数数据测试准确,具有良好的临床应用价值。     

基于虚拟现实的煤矿大型设备培训系统研究

针对煤矿设备操作培训中存在的不足,设计并实现了一种基于虚拟现实技术的煤矿大型设备虚拟培训系统,利用三维建模软件Maya对井下主要设备采煤机、液压支架、刮板输送机等生产机械设备进行三维模型的创建,结合虚拟现实制作软件Unity3D进行虚拟场景整合与交互设计,利用C#编程语言实现对煤矿大型设备运动仿真控制.通过接口电路实现用户与虚拟场景设备的真实交互.经测试表明,系统不仅实现了煤矿大型设备操作培训的功能,而且增加了系统的交互性,弥补了传统培训方式的不足,节约了培训成本,缩短了培训周期.     

基于自回归模型的汽车姿态角在线预测系统

针对汽车姿态角在线预测问题,利用微惯性测量单元以捷联方式测量汽车6自由度运动参数,通过四元数法解算汽车的姿态角,应用卡尔曼滤波器对姿态角进行最优估计处理,在此基础上建立自回归模型对未来1 s~3 s的姿态角进行实时预测,使用Visual Basic 2005、NI Measurement Studio开发汽车姿态角在线预测软件,并对其进行实车道路试验,结果证明该软件具有较高的预测准确性。     

微小型AUV模型辅助技术在惯性导航中的应用

针对微小型水下潜器在无法获得GPS信号的情况,设计了一种模型辅助的全自主惯性导航系统;由于体积和功耗的限制,本系统无法采用传统的多普勒测速仪作为外部传感器,而提出了以惯性导航系统为核心,运动模型辅助的方法;根据水下潜器的运动特性进行数学建模,与卡尔曼滤波构成回路,运动模型输出位置、速度等信息对捷联解算输出信息进行误差补偿;搭建了基于Simulink的实验仿真环境,验证了该方法的有效性,能够满足微小型AUV对于导航系统体积、成本和功耗的要求,一小时的定位误差小于500m。     

基于修正的卡尔曼滤波的姿态估计算法研究

研究惯导系统的稳定性问题,其中微惯性测量单元(MIMU)可以为捷联惯导系统提供实时的姿态和航向信息。研究姿态估计提高导航精度,由于陀螺漂移引起姿态误差,单独使用MIMU使姿态精度差。为了克服陀螺误差随时间积累不断增大,无法长时间提供稳定的姿态的缺点,提出采用磁强计修正的卡尔曼滤波四元数姿态估计算法。算法以姿态四元数为状态向量,通过四元数更新方程建立离散滤波状态方程,将加速度计和磁强计输出的六维数据转化为四元数的量测值建立量测方程,有效减少了计算量,补偿陀螺的漂移误差带来的影响。仿真结果表明改进算法提高了捷联惯导系统的精度和稳定性。     

多普勒雷达/光纤捷联惯导组合导航同步方法研究

针对采用ARINC429总线通信的多普勒雷达/光纤捷联惯导直升机机载自主组合导航系统的时间同步问题,提出了一种有效的多普勒雷达同惯导间的软件同步方法;通过判断ARINC429总线上多普勒雷达信号的Label位标志,结合光纤捷联惯导的5ms中断时刻和嵌入式导航计算机提供的计时器,采用插值和外推的方法实现了多普勒雷达与光纤捷联惯导间信号的同步;最后对所设计的系统进行了长航时地面动态跑车试验,系统经同步后的的定位精度验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于组合微惯性测量元件的人体动作检测系统设计

为满足士兵虚拟训练的需求,文章提出将捷联惯导技术运用于人体动作检测的思路,结合实际训练分析,结出了人体动作检测识别系统的总体方案,并就方案中涉及的捷联算法,姿态校准方法和动作识别方法做了具体的介绍,实验结果表明系统可以对士兵训练的动作进行准确检测,基本满足训练要求。文章的研究为虚拟训练软件提供了一种新型输入设备,具有一定的应用价值。     

基于PXI的捷联惯组自动测试系统设计

通过对某型导弹捷联惯性测量组合测试系统现状的分析，提出了一套基于PXI总线的捷联惯性测量组合自动化测试系统的理想设计方案，确定了系统的硬件组成，并给出了软件流程图和软件模块组成，确定了Labwindows／CVI为软件开发平台，并对系统主要软件模块的编程进行了比较详细的介绍；与传统的惯组测试系统相比较，该系统有着技术先进、功能全面、集成的测试环境和强大的数据处理能力等突出优点；该测试系统为我们测试惯组提供了很大的方便，而且大大减轻了操作者繁琐的劳动。     

高动态环境下旋转矢量法的优化和应用

对于捷联惯性导航系统算法来说,姿态矩阵更新是算法的核心,但是锥运动环境是影响捷联系统工作的最恶劣条件,会诱导数学平台的严重漂移,最终导致算法发散,系统失效.提出了基于锥运动环境下,多子样旋转矢量的优化算法来补偿因锥运动引起的算法漂移,以及工程实现,比较了不同子样数目旋转矢量的优化结果.仿真结果表明了优化后的算法较之单子样,双子样算法有明显的漂移减小,较之优化以前的算法也有一定的改进,并且随着子样数目越多,优化后的算法精度也越高.