基于卡尔曼滤波器的姿态角测量系统设计

针对动态环境下载体的姿态测量,以无人机的航姿测量系统小型化为背景,给出了一种采用MEMS惯性器件构成的姿态角测量系统。系统采用新型32位ARM Cortex-M3内核微控制器STM32F103ZET6作为控制处理单元,传感器采用ADXL345加速度计、L3G4200D陀螺仪和HMC5883磁阻传感器。对于MEMS器件精度低,数据易发散的问题,采用卡尔曼滤波器实时将加速度计、陀螺仪和磁强计的数据进行融合,计算负担小,实时性好。实验结果表明,该姿态测量系统在静态和动态环境下都能够较好的完成载体姿态测量的任务。     

改进的数字天顶仪定位方法

针对数字天顶仪原有方法计算过程复杂和计算过程中存在误差的问题,通过改变时间补偿方式和优化迭代核心,提出了一种改进的数字天顶仪定位方法.该方法在切平面中进行均值过程,消除了原方法运算中引入的误差,也避免了切平面变换和反变换的反复计算,从而大幅简化了计算流程.通过实验比较了传统方法与改进方法的计算效率和精度,结果表明:改进方法的计算效率比原方法提高了至少6倍;改进方法赤纬的计算精度比原来的15米左右提高了约1.05 m.因此,改进方法能够在一定程度上提高定位的精度.     

基于恒星像点轨迹的星图填补

数字天顶仪是一种通过拍摄星图进行定位的天文仪器,在采用数字天顶仪拍摄星图时,由于云层等外部因素会导致拍摄的星图存在星点缺失,直接影响到仪器的定位精度。为了提高仪器的实用性和对环境的适应性,本文推导了恒星像点轨迹,并提出了一种基于恒星像点轨迹的星图填补方法,该方法构建了缺失星图与相邻两幅星图之间的像点填补模型。实验数据表明,采用该方法能够对星图进行较好地填补,通过填补后的星图解算的定位误差在0.01″以内,使定位精度基本保持了不变。     

多矢量信息下的星敏感器三轴旋转角求解方法

为了提高星敏感器的实时性能与解算精度,基于多矢量信息,提出四元数表示形式下的星敏感器三轴旋转角求解方法,从理论上对所提方法进行详细推导. 基于单个星光矢量在天球系与星敏系中的三维坐标,将方向余弦阵变换形式转变成四元数变换形式. 降次二次四元数变换形式,以便后续求解. 考虑不同星光矢量的权重,联立所有星光矢量的信息求解星敏感器三轴旋转角,给出解决三轴旋转角求解过程中的迭代不确定性和四元数矢量方向奇异性的具体方案. 将所提方法与传统方法的性能进行对比分析. 仿真结果表明,相比传统方法,所提方法具有更快的解算速度和更高的三轴旋转角求解精度.     

激光陀螺任意二位置寻北仪及误差分析

介绍了一种激光陀螺任意二位置寻北仪,可在一定程度上节省整个寻北过程的时间,推导了全姿态下的寻北解算公式。为提高整个系统的寻北精度,从理论上分析了陀螺漂移误差、系统圆周误差和转位误差对任意二位置寻北的影响,建立了误差数学模型,并提出了减小寻北误差的方法。仿真结果表明,水平状态下的转位误差引起的寻北误差是一个常量,大小为转位误差的一半;为保证足够高的寻北精度,要求寻北仪在使用过程中转角40,纬度70。寻北实验结果进一步验证了仿真结果的正确性,与理论分析结果相吻合。     

光电经纬仪对心偏差引起的方位测角误差补偿方法

针对经纬仪测量过程存在的对心偏差问题,分析了经纬仪对心偏差对方位测角误差的影响规律,建立了相应的误差补偿模型。通过在经纬仪下方固连CCD摄像头检测对心偏差大小和方向,利用建立的误差补偿模型对对心偏差引起的方位测角误差进行补偿。并对补偿模型本身存在的误差进行了研究,表明其满足经纬仪高精度测角要求。相比传统的对心方法,在同等测角精度要求下,误差补偿的方法降低了测角时与目标的距离的限制,提高了经纬仪方位测角的自动化程度,缩短了操作时间。     

提高野外环境下CCD准直测角精度的方法

针对传统CCD测角系统在野外环境下抗干扰能力弱的问题,本文提出了提高野外环境下CCD准直测角精度的一整套方案。该方案从测角系统的各个环节入手,分析了各自技术要求,在不同环节分别采取相应的技术措施,主要包括半导体激光器功率稳恒控制、光谱匹配与窄带滤波、CCD自动变扫描控制和CCD倍频插值细分等。实验结果表明,通过上述技术措施可以很好的加强野外环境下CCD测角系统的干扰能力,有效提高了系统测量精度。     

基于数字天顶仪的星点图像坐标误差分析

星点图像坐标的准确性与数字天顶仪的定位精度紧密相关。根据数字天顶仪成像原理,严格推导出星点图像坐标表达式,在此基础上推导了星点图像坐标在4个误差因素及综合误差下的误差方程,分析结果表明各误差之间相互独立。通过仿真4个误差因素及综合误差情况下的星图数据进行分析,仿真结果表明:焦距误差与转位误差对各星点图像坐标的影响各不相同,焦距引起的坐标变化值x和y相对其平均值的最大波动值分别为2.38、3.04 pixel;转位误差引起的坐标变化值x和y相对其平均值的最大波动值为1.06、1.41 pixel;光轴倾斜误差与主点偏移引起的星点图像坐标变化是整体性偏移。另外,提出了一种误差参数求解的方法,利用解算出来的误差参数对星点图像坐标进行补差,数字天顶仪的定位经度精度提高了约1.98 m,纬度精度提高了约1.65 m。     

一种基于正交线偏振光的高精度方位测量方法

为了解决传统基于正弦波磁光调制的方位测量方法 存在小角度精确测量时信号微弱、处理难度大等问题,提出了一种基于正交线偏振光磁光调 制的方位精 确测量方法。首先简单阐述了传统方位测量原理,分析了小角度范围内测量时信 号微弱的根本原因;其次提出了改进的方位测量方法,在阐述测量装置结构原理 的基础上,建立了基于磁光调制后两束正交线偏振光的光强模型,通过分析发现 两路调制后混合信号中交流信号的极值点信息均与方位角相关,且同一位置对应 的极值点信息具有相位相反的特性,采用二者相减的方式增强了有用信号的幅 值,提高了数据采集精度。仿真结果表明,通过各种情况下与传统方法中参与方 位角计算的信号幅值对比,文中提出的方法能够明显增强信号幅值,利于提高数 据采集精度和方位测量精度。     

重心法中的非线性加权系数研究

基于最优非线性加权的光点定位方法是一种改进的重心法,但其加权系数的传统解法计算复杂、计算量大。为了寻找简单的解法,通过大量数据研究了含有不同功率噪声光斑的最优加权系数,结果表明该系数对噪声功率不敏感,可以应用到一般的光斑中去,并求出近似最优加权系数为2.15。与传统的亚像素算法相比,基于该系数的加权重心法使偏差缩小了1/3,结果令人满意。