GPS多天线变形监测系统的数据采集与控制

针对大型GPS变形监测项目成本高的问题，研究了GPS多天线技术，实现了一机对多点的监测。基于PCI04硬件平台，在VisualC＋＋6．0下开发了GPS多天线系统的数据采集与控制软件，实现了多天线微波开关的控制、与GPS接收机的通信以及GPS信息的RINEX标准格式转化。实验表明，该技术对GPS信噪比和测量精度几乎没有影响，而且大大降低了变形监测系统的成本，具有重要的经济价值和社会价值。     

一种激光断面仪运动补偿用IMU/GPS/OD系统

针对车载激光路面断面仪性能受检测车垂直振动及姿态变化影响的问题,设计并实现了一种车载激光断面仪运动补偿用IMU/GPS/OD组合测量系统,采用低成本IMU结合捷联解算算法计算检测车的三维位置、速度和姿态,通过GPS和里程仪结合最优滤波技术抑制低成本IMU在捷联解算过程中形成的累积误差,并提出了一种基于IMU/GPS/OD组合测量系统的检测车垂直振动位移的计算方法。最后进行了室内实验验证,实验结果表明,该IMU/GPS/OD组合测量系统应用于车载激光断面仪是可行的。     

基于偏振光传感器的无人机姿态组合滤波算法北大核心CSCD

针对惯性导航易受运动加速度影响和GPS与磁力计导航易受到电磁干扰影响等问题,提出了一种偏振光辅助惯性导航的无人机航姿估计算法。利用大气瑞利散射模型获取最大偏振矢量,辅助惯性元件实现了基于PI互补滤波的姿态四元数更新算法;对陀螺仪、加速度计和偏振光传感器信号进行粒子滤波的融合修正。实验结果表明:该方法解算的姿态角在静态条件下性能稳定,抑制了传感器噪声;同时在运动情况下准确性大幅提升,具有更好的动态解算精度。     

基于MPU6050的四轴硬件姿态解算研究

针对四轴飞行器姿态信息的实时准确获取问题,对四轴飞行器的姿态解算方面进行了研究。在分析姿态表示的四元数法和欧拉角法基础上,以成熟的Mahony互补滤波算法为例比较了软件姿态解算和基于MPU6050数字运动处理器(DMP)的硬件姿态解算的实现流程,并对两种解算方法的解算时间和对姿态变化的跟踪性能进行了实验测试。研究结果表明:硬件姿态解算能实时准确地获取小型四轴飞行器的各项姿态信息,可以满足小型四轴飞行器的姿态控制要求。     

基于无线射频技术的移动机器人姿态解算调试系统设计

利用上位机调节用于姿态解算的滤波器参数对移动机器人姿态测量有着十分重要的意义。针对有线传输方式会对机器人行动造成干扰的问题,提出了一种基于无线射频技术的移动机器人姿态解算调试系统。系统选择STM32微处理器作为控制核心,利用MEMS陀螺仪和加速度计采集机体姿态信息,解算机器人最优估计姿态角。通过以nRF24L01为核心的无线通信模块,实现姿态采集模块和上位机应用平台的无线数据通讯。经过实验结果表明,提出的基于无线射频技术的移动机器人姿态解算调试系统具有较好的可靠性和实时性,便于移动机器人系统的调试,有一定的工程应用价值。     

全向AGV的优化互补滤波姿态解算

针对单一的MEMS陀螺仪无法解决本身的易发散和磁力计易受磁场干扰导致引入新的噪声,而带来的姿态估计不精确的问题,提出了一种基于全向AGV的优化互补滤波的姿态解算方法.偏航角不参与四元数解算,在水平姿态角四元数解算的基础上,利用共轭梯度法减小陀螺仪的漂移误差.再引进经过椭球修正后的磁力计数据作为观测量,与偏航角进行一阶互补滤波融合,并确定加权因子.搭建了基于STM32和MEMS传感器为核心的全向AGV实验平台,实验结果表明,该方法能有效抑制陀螺仪易发散和磁力计易受干扰的问题,提高姿态解算的精确性,使姿态解算具有良好的动态和静态性能,同时保证了系统的稳定性.     

捷联惯导系统姿态解算模块的实现

提出了一种实现捷联惯性导航系统姿态解算模块的方法。基于DSP的硬件平台和四元数的数学平台,设计了捷联惯性导航系统的姿态解算模块。介绍了捷联惯性导航系统的工作原理和姿态解算的基本算法,并给出了四元数法的四阶龙格一库塔数值解法。设计了姿态解算模块的硬件电路和软件实现程序。实验测试结果表明,在增量角〈5°的情况下,用四阶龙格一库塔法进行姿态解算,误差〈0．0053％;应用TMS320C6713B进行硬件电路设计,每次解算时间〈36μs,能够满足捷联惯性导航系统对精度和速度的要求。     

捷联惯导系统姿态解算的实现

提出了捷联惯性导航系统姿态解算模块的一种实现方法。基于DSP的硬件平台和四元数的数学平台,设计了捷联惯性导航系统的姿态解算模块。介绍了捷联惯性导航系统的工作原理和姿态解算的基本算法,并给出了四元数法的四阶龙格—库塔数值解法。设计了姿态解算模块的硬件电路和软件实现程序。实验测试结果表明,在增量角小于5°的情况下,四阶龙格—库塔法进行姿态解算,误差小于0.0053％,能够满足捷联惯性导航系统的精度要求;应用TMS320C6713B进行硬件电路设计,每次解算时间小于36µs,能够满足捷联惯性导航的实时性的要求。     

垂直导向钻井工具安装误差的单象限校正

井下钻具姿态惯性测量单元(IMU)的安装误差降低了近垂直姿态的测量与解算精度。基于近垂直姿态下测量值与理论值之间的关系矩阵,推导其关系矩阵各项的相对误差,分析表达式各项相对误差特征,提出一种单象限校正方法。近垂直姿态下,采用单一象限内相对均匀的三组测量值得到一个校正矩阵,并对该象限内全部测量数据进行校正。姿态解算结果表明,与传统方法相比,单象限校正方法能有效提高姿态参数解算精度3.3倍以上。     

基于惯性传感组件和 BP 神经网络的 防冲钻孔机器人钻具姿态解算

钻孔卸压是高地应力矿井治理冲击地压的首要措施,对实施钻孔作业的防冲钻孔机器人钻具姿态准确测量是保障钻孔位置及卸压效果的前提。为此,本文提出了基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算方法,通过设计惯性传感组件的空间阵列式布局方式(空间阵列式IMU),建立了空间阵列式IMU的数据融合模型及位姿解算模型,实现了钻具姿态的高精度解算。在此基础上,提出了基于BP神经网络的惯性传感组件误差补偿方法,建立了钻具姿态解算误差补偿模型,并通过钻具模拟运动的解算分析对空间阵列式IMU解算和误差补偿方法的可行性进行了验证。最后,通过搭建的防冲钻孔机器人钻具姿态监测实验平台,对不同方法的钻具解算结果进行对比分析。实验结果表明,在BP神经网络模型进行误差补偿后,本文所提方法解算出的钻具姿态精度明显提高,钻具方位角、倾角和横滚角的平均误差分别为0.099°、0.079°和0.045°,有效抑制了惯性传感组件的漂移和误差积累,且钻具姿态解算误差曲线没有出现发散现象。因此,该方法可以持续稳定地对防冲钻孔机器人钻具姿态进行可靠监测,具有较高的推广应用价值。     

GPS原始数据解码为RINEX的方法

介绍了GPS原始数据根据接口控制文档转换为与接收机无关的交换格式数据的解码方法,得出对该格式内参数进行具体计算的通用三步法,叙述了该格式专有文件生成步骤,并用实例进行了演示,指出计算时应该注意的事项。按照文中介绍的方法和步骤,可以简捷而快速地计算所需参数的具体数值。     

大射电望远镜FAST的控制与GPS动态检测

本文讨论了大型球面射电望远镜舱体系系统的分布式控制方案及其实现形式,提出了悬索长度的P－PID双模控制策略;运用稳定边界整定法与单形替换优化法相结合得到了位置环PID参数的整定结果;依据GPS载波相位差分精密动态定位原理,分析了馈源舱位姿GPS动态检测系统的组成,并给出了在动态检测时需要使用的馈源舱闰姿转换矩阵和求解方程,与GPS动态定位系统相结合就可以完成对馈源舱位姿的跟踪检测,实现舱体的闭环控制。     

Application of unscented R–T–S smoothing on INS/GPS integration system post processing for airborne earth observation

The Kalman Rauch–Tung–Striebel (R–T–S) smoother has been applied to fuse data from the inertial navigation system (INS) and global positioning system (GPS) for post processing, but its optimality heavily depends on linearity. For the case of in-flight startup, the INS/GPS integration is a nonlinear system with large initial attitude errors, the linear estimation approaches become inapplicable. In this paper, the Unscented R–T–S Smoother (URTSS) is utilized to deal with the nonlinear problem in the INS/GPS integration post processing, and the performance of this algorithm is compared with a similar smoother based on Extended Kalman Filter (ERTSS) through the Monto Carlo simulations. Furthermore, an INS/GPS integration system is implemented using URTSS and applied to airborne digital camera imaging. Through numerical simulation and flight test, it is shown that URTSS has obvious accuracy advantage over ERTSS in attitude estimation.     

基于GPS的整车性能测试技术

介绍了GPS（全球定位系统）的构成,阐述了GPS技术在整车．陛能测试（包括测量速度、距离、加速度、跑偏量与姿态角等）中的应用原理,推导了行驶跑偏量与姿态角的计算方法。结果表明,GPS技术能够达到非常高的测试精度,并且在整车试验中可以测量很多现阶段其他传感器无法测到的试验参数,为整车性能测试领域中的诸多试验提供解决方案与理论基础。     

NovAtel OEM4主板的GPS原始数据解码

GPS快速定位需要对实时的卫星导航数据和接收机观测数据进行处理,解码GPS接收机原始数据是实时获得以上数据的主要方法。文章介绍了GPS接收机原始数据转换为标准化数据格式(Rinex)的解码方法以及具体操作中的注意事项。叙述了GPS原始数据的获得途径、分析了Rinex2.10导航文件和观测文件的格式。通过对NovAtel OEM4主板GPS接收机获得的原始数据进行解码,证明解码方法的正确性与有效性。     

Attitude determination GPS/INS integrated navigation system with FDI algorithm for a UAV

Recently an unmanned aerial vehicle (UAV) has been widely used for military and civil applications. The role of a navigation system in the UAV is to provide navigation data to the flight control computer (FCC) for guidance and control. Since performance of the FCC is highly reliant on the navigation data, a fault in the navigation system may lead to a disastrous failure of the whole UAV. Therefore, the navigation system should possess a fault detection and isolation (FDI) algorithm. This paper proposes an attitude determination GPS/INS integrated navigation system with an FDI algorithm for a UAV. Hardware for the proposed navigation system has been developed. The developed hardware comprises a commercial inertial measurement unit (IMU) and the integrated navigation package (INP) which includes an attitude determination GPS (ADGPS) receiver and a navigation computer unit (NCU). The navigation algorithm was implemented in a real-time operating system with a multi-tasking structure. To evaluate performance of the proposed navigation system, a flight test has been performed using a small aircraft. The test results show that the proposed navigation system can give accurate navigation results even in a high dynamic environment.     

Observability analysis of ins with a GPS multi-antenna system

This paper investigates observability properties of strapdown INS aided by a GPS antenna array. The motivation to consider a GPS antenna array is that the lever-arms between the GPS antennas and IMU play an important role in the estimation of vehicle attitude and biases of IMU. It is shown that time-invariant INS error models are observable with measurements from at least three GPS antennas. It is also shown that time-varying error models are instantaneously observable with measurements from three antennas. Numerical simulation results are given to show the effectiveness of multiple GPS antennas on estimating vehicle attitude and biases of IMU when IMU has considerable magnitude of biases.     

基于STL文件的实体分割算法研究

由于快速成型机加工尺寸的限制,难于制造尺寸较大的零件。针对这一问题本文提出一种基于STL文件格 式的实体分割算法,对STL文件分割过程中的关键问题进行了详细地论述,包括:截面轮廓的生成,截交三角面片的 处理和截面轮廓的三角化算法;通过对STL文件的分割处理,提高了快速成型系统对大尺寸零件的制造能力。     

面向机械参量集成测试的虚拟仪器

针对传统机械量测试中存在的问题,以DSP为核心,利用虚拟仪器开发软件LabVIEW构建了基于VI技术的虚拟仪器测试系统,包括数据采集、显示、时域分析、频域分析和数据存储等功能.利用虚拟仪器软件控制数据采集卡采集数据,用Star System专业软件进行数据和机械结构模态分析,完成机械测试过程.实验结果表明:该方法使模态分析过程得到了简化,可降低设备成本,为机械工程领域的信号测试与分析提供一种实用手段.