基于多传感器的四旋翼飞行器硬件系统设计

四旋翼飞行器由于其简单的机体结构与较为复杂的姿态控制,近年来在军用和民用领域广泛应用。旨在通过四旋翼飞行器飞控平台的搭建,实现对飞行器姿态的稳定控制。首先论述了四旋翼飞行器的飞行原理与机械结构,给出了硬件系统总体结构。在对各功能模块整合的基础上,实现基于多传感器的控制系统硬件电路设计。仿真与实验证明：多传感器使用过程中,通过卡尔曼滤波进行姿态数据的融合,有效地解决了加速度计、陀螺仪易受外界干扰问题,所设计硬件系统在飞行实验中性能稳定,为四旋翼的稳定控制提供了参考。     

AlN陶瓷微热板MEMS传感器阵列设计与工艺实现

针对陶瓷基微热板MEMS器件难以微加工,器件表面加热Pt膜使用普通正性光刻胶难以实现光刻剥离的工艺难点问题,提出了激光微加工和柔性机械剥离相结合的微加工方法。以AlN陶瓷为衬底基片,采用激光微加工技术实现热隔离刻蚀体加工,刻蚀梁宽可达0.2 mm。采用柔性机械剥离工艺制备方法解决普通正性光刻胶形成倒梯形凹槽Pt膜难实现图形化问题,可在复杂表面特性的陶瓷基衬底上实现Pt膜剥离线宽10μm。同时利用有限元法进行传感器阵列设计和热结构仿真,验证设计工艺的可行性。     

基于误差四元数的单兵导航系统算法

MEMS传感器在尺寸、价格和功耗方面的进步促进了单兵导航系统的发展.对基于MEMS的单兵导航系统,航向估计是GPS信号丢失情况下的一个基础性难题,准确的航向估计能有效抑制导航误差的漂移.为获得准确的航向信息,减小单兵定位误差,提出了基于误差四元数的数据融合算法,利用卡尔曼滤波算法估计误差四元数,并进行了场地实验以验证算法的有效性.结论证明:当步行距离为80 m时,定位误差小于总距离的3％.     

基于卡尔曼滤波的航姿参考系统设计

针对传统的航姿参考系统AHRS（Attitude and Heading Reference System）中姿态角精度不高的问题,设计了一种新型的基于卡尔曼滤波的姿态检测系统。该系统采用了三轴磁传感器、三轴陀螺仪及三轴加速度计,用四元数的方法来描述载体运动的姿态,通过陀螺仪测姿态四元数,卡尔曼滤波算法融合加速度计和磁传感器数据,对姿态四元数进行修正,从而提高姿态解算精度。实验数据表明,系统能够较好修正陀螺仪漂移,且三个角度的均方根误差均优于0.25°,具有良好的噪声抑制能力。     

光纤陀螺随机误差特性ThêoH辨识

随机误差特性分析是光纤陀螺进入工程应用阶段的关键技术.针对Allan方差、总方差、Thêo1 (Theoretical variance #1)等分析方法的不足,以Thêo1为基础,通过偏差消除获得ThêoBR(Bias-removed ver?sion of Thêo1),并将其与Allan方差合成,得到光纤陀螺随机误差特性分析的ThêoH(Hybrid-ThêoBR)法.通过计算重叠Allan方差、总方差、Thêo1以及ThêoH的等效自由度,结合仿真和实测信号的随机误差特性分析实验,证明ThêoH法不仅提高了Allan方差估计的置信度,且解决了Thêo1估计有偏的问题,表明了该方法是目前能够有效辨识光纤陀螺随机误差特性的最佳方法.     

MEMS数字倾角仪的标定补偿方法研究

在介绍MEMS数字倾角仪组成结构的基础上,根据数字倾角仪内部MEMS加速度计的输出特性,对MEMS加速度计的敏感单元建立数学标定模型,提出并推导了一种适用于MEMS数字倾角仪的标定方法;该方法可以得到双轴MEMS数字倾角仪中加速度计的零位电压、标度因数矩阵、安装误差系数等敏感项参数;通过重力场静态翻转实验对实验室研制的数字倾角仪进行标定;最后使用MATLAB拟合计算得到所求标定参数,并对测试结果进行了误差分析和补偿对比;实验结果表明,该方法能使MEMS数字倾角仪的测量精度提高到±0.05°,可以满足高精度的角度测量需求。     

中国微米纳米-----梳齿式加速度传感器敏感结构等效并联电阻对输出的影响分析

梳齿式加速度传感器敏感结构间感应电容的测量会受到结构间等效电路参数的影响。多层瓷片电容的结构与梳齿式加速度传感器敏感结构类似。本文类比多层瓷片电容中等效电路参数的研究,分析了梳齿式加速度传感器敏感结构间等效电路参数对感应电容测试结果产生的影响。     

提升容器横向偏移惯性测量法的误差分析与校正

针对超深矿井提升装备需要增加提升容器横向偏移测量的问题,根据其小量程、高精度、抗干扰的测量要求,提出一种基于MEMS传感器的惯性测量方法.采用惯性测距原理进行横向偏移测量,分析了倾斜角、随机误差和速度残值三种主要误差源,提出了对应的动态均值、阈值设置和速度残值校正与补偿三种校正方法,结合提升容器的运行特点消除累积误差,并在液压移动平台上进行实验.结果表明:误差校正方法可有效抑制误差,横移测量精度在5 mm以内,惯性测量方法是一种超深矿井提升容器横向偏移测量的有效方法.     

多孔硅相对湿度传感器的设计

基于对三明治型与平铺型两种多孔硅湿度传感器结构的灵敏度分析与比较,结合两种结构的优点,设计出新的传感器的结构。通过对该结构湿度传感器的性能测试,得出该传感器的灵敏度为1.1 pF/RH%,响应时间为73 s,温度湿度系数为0.5%RH/℃,该湿度传感器适用于在中低湿环境中测量,在每隔20 d的时间对传感器跟踪测试,证明该传感具有较好的稳定性。此外为了传感器可以自解吸附,该传感器采用多晶硅为传感器加热除湿,在金属电极上溅射一层钝化层以防止电极被水汽腐蚀。     

基于Android终端陀螺仪传感器的无人机飞行姿态控制

由于传统的无人机无线电操控方式在遥控距离、数据传输规模及操纵的灵活性等方面有较大限制,提出了基于An-droid智能终端控制飞行姿态的设计方案。在Android平台的传感器框架下对陀螺仪状态信息进行三维空间实时解析和监测,经过数据提取及变换,形成在线姿态模拟信息,编写操控界面,实现了无人机姿态控制。结果表明,基于Android智能终端在线控制具有直观、廉价、可移植性强等优越性,有助于进一步推动小型无人机操控方式的变革和发展。