遗传神经网络在车身姿态测量中的应用

本文提出了一种精简的车身姿态测量方案,利用单个三维加速度计,通过遗传神经网络映射输出车身姿态角。该方案对加速度映射姿态角进行了详尽立体的分析,利用神经网络的非线性映射能力、泛化能力和容错能力对系统误差进行补偿后输出。实测数据仿真实验结果显示,该方案满足精度要求,确实可行。     

基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合技术研究

针对应用三轴陀螺仪和三轴加速度传感器的四旋翼飞行器姿态角测量问题,提出了基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合方法。该方法将陀螺仪输出的角速度误差作为时变误差处理,认为陀螺仪输出的角速度误差与其所测角速度及上一时刻的角速度输出误差相关,并据此建立陀螺仪测量线性方程,在此基础上,应用Kalman滤波算法,以加速度计输出的姿态角对陀螺仪测量的姿态角进行修正,从而达到姿态角准确测量的目的。实验结果表明：应用Kalman滤波算法对加速度传感器和陀螺仪信号融合后可有效消除姿态角测量累积误差并显著改善姿态角测量的动态特性。     

基于小波神经网络的电涡流传感器非线性补偿

为消除电涡流传感器的非线性误差,提高其测量精度,提出了一种基于小波神经网络和遗传算法的电涡流传感器非线性补偿方法。该方法利用小波神经网络的非线性映射能力,使得传感器的输入与输出线性化,并使用遗传算法搜寻网络的最优初始值,加强网络的非线性逼近能力和收敛能力,显著提高电涡流传感器的非线性补偿效果。实验结果表明,经过补偿后,极大提高了传感器的精度,传感器输出电压最大绝对误差为15.55mV,最大相对误差为1.36%,非线性误差为0.34%。     

基于双级互补滤波的姿态测量算法设计

陀螺仪的漂移、载体的线性加速度和磁场的干扰是影响MARG传感器姿态测量精度的主要原因。针对传统姿态测量算法在磁干扰环境下由于航向角误差导致水平角测量精度降低以及载体线性加速度影响水平角精度的问题,提出了一种基于四 元数的双级互补滤波姿态融合算法。该算法利用加速度计和磁力计测量数据分别对估计四元数进行补偿修正,避免了磁干扰环境下航向角误差对水平姿态测量的影响。同时引入线性加速度误差和磁干扰误差自适应补偿方案,以降低线性加速度与磁干扰的影响,为了验证算法的有效性,进行了静态与动态实验。实验结果表明该姿态测量算法能显著提高姿态测量精度和抗干扰能力,与传统的Mahony算法相比,俯仰/滚动角的测量精度完全不受磁干扰的影响,性能得到了明显的提升。     

基于梯度下降法和自适应参数相结合的姿态解算方法

为了解决四旋翼无人机在姿态解算时的高精度和实时性问题,提出了一种基于参数自适应的梯度下降法和互补滤波相结合的多传感器数据融合算法。该算法采用四元数表示姿态信息,利用梯度下降法对磁力计和加速度计数据进行预处理,并根据陀螺仪输出的角速度和外部加速度大小自适应选择梯度下降参数β,再将其和陀螺数据更新后的四元数进行互补滤波用于补偿陀螺的累积误差,解算出三个姿态角。最后设计仿真与实验分析。实验结果表明,相对于传统的梯度下降法和互补滤波法,该算法姿态估计误差小且具有更好的静态和动态性能。     

基于RBF神经网络的全姿态磁航向误差建模与补偿

对磁罗盘系统误差和目前多数文献所提出的全姿态磁航向误差补偿方法的不足进行了分析.针对具有一定俯仰角或横滚角的磁罗盘系统磁航向误差建模和补偿问题,提出了基于径向基函数(RBF)神经网络的修正方法,并与BP神经网络方法进行了比较.在分析算法原理的基础上进行了实验仿真,结果表明:采用RBF神经网络在明显提高网络收敛速度的基础上,大大减小了全姿态磁航向误差,校正效果优于BP神经网络.     

海洋传感器的内嵌陀螺仪偏航角校正方法

海洋传感器通常工作在复杂的磁场环境下,其姿态检测系统一般使用陀螺仪确定偏航角输出。针对短时部署的海洋传感器,分析了MEMS陀螺仪的偏航角漂移误差模型,并在对陀螺仪原始数据补偿的基础上,给出了随机漂移的拟合估值与补偿方法,以提高陀螺仪偏航角输出在一定时间内的精度。使用高精度平台进行实验,结果验证了该补偿校正方法的有效性。     

基于RBF神经网络的电化学CO气体传感器的温度补偿

针对电化学CO气体传感器的输出精度易受环境温度影响的缺点,提出了一种基于RBF神经网络的温度补偿方法,并借助所设计的气体采集系统进行了实验研究.实验结果表明,未进行温度补偿时传感器输出最大误差为20.0%,基于BP神经网络温度补偿方法的误差为1.44%,而采用RBF神经网络进行温度补偿后最大误差可达到0.12%,故该方法可有效的用于电化学CO气体传感器的温度补偿,令传感器具有更高的测量精度和温度稳定性.     

矿用随钻轨迹测量系统误差补偿方法

介绍了随钻轨迹测量系统构成和测量原理,从传感器自身误差、工况环境误差、传感器安装误差3个方面详细阐述系统误差来源及其补偿方法。通过模拟水平定向钻进物理场景并分析比较误差补偿前后的姿态角可知,对不同误差源作出相应的误差补偿可以提高姿态角测量精度。     

一种基于磁传感器定位技术的滑坡监测方法

滑坡监测是防范地质灾害的重要技术手段,针对滑坡深部位移监测问题,提出了一种基于磁传感器的滑坡位移监测方法。该方法以磁传感器姿态测量为基础,通过测量的三分量磁感应强度值解算出磁传感器的空间姿态,再根据姿态角计算出磁传感器的水平位移,并通过实验验证了该方案的可行性。将磁传感器安装在无磁转台上按照预定的角度和旋转顺序依次旋转,取整数作为验证点将解算姿态角与实际姿态角进行对比,验证了该方法的姿态角精度和水平位移精度。最后,分析了该方法存在误差的原因。     

An algorithm for high precision attitude determination when using low precision sensors

The technology for high precision attitude determination when using low precision sensors is a key requirement of a modern small satellite. This paper presents a new attitude determination algorithm termed preprocess EKF(PP-EKF) based on preprocessing of the sensor data. It can enhance the overall modeling accuracy by using the quadratic penalty function to correct the dynamic model error and angular velocity error in realtime, based on the information fusion of the current and the past measurement information. The measurement model of the EKF is linearized by introducing the q method. The solution error of this process is also corrected to further improve the accuracy of the measurement model and make better use of measurement data from the low precision sensors, to obtain good attitude determination results. Finally, the simulation results demonstrate the high reliability and other advantages of the proposed algorithm.     

基于IMEMS传感器的汽车运动姿态测量系统研究

针对传统的采用机械转子陀螺构成机械平台来测量汽车姿态方法的不足,研究开发了基于集成微机电系统（IMEMS）传感器的捷联式汽车运动姿态测量系统。该系统采用四元数法作为汽车运动姿态的解算方法,并由Kalman滤波器完成对姿态角四元数估计误差和加速度计及角速度陀螺信号的融合,得到汽车姿态角的最优估计值,阐述了该系统硬件构成和软件设计,并通过汽车道路试验对系统的可行性进行了验证。结果表明：此测量系统能够满足汽车运动姿态测量的精度要求,是确实可行的测量系统。     

基于重力四元数的陀螺漂移估计与补偿

为提高钻探中的钻具姿态测量精度,提出一种基于重力四元数的MEMS惯性随钻姿态测量方法.采用MEMS惯性器件构建钻具姿态测量系统,把加速度计数据解算的姿态四元数作为观测四元数,陀螺仪数据解算的姿态四元数作为误差四元数;然后将陀螺仪漂移融入误差四元数,建立重力四元数估计陀螺仪误差四元数的模型,采用最小二乘法估计陀螺仪三轴漂移,进而补偿陀螺仪姿态四元数;通过补偿后的姿态四元数解算出钻具姿态.最后设计了转台、振动台实验和钻进模拟实验,实验结果表明,姿态四元数补偿后的井斜角和工具面角漂移由平均10 °/h减小到约0.2 °/h,方位角误差由平均12 °/h减小到约0.46 °/h,实现了加速度计补偿陀螺的三轴漂移,表明该方法能够有效提高钻具的姿态测量精度.     

自主姿态测量算法研究

航姿系统一般不实时计算速度和位置信息,无法补偿地球自转和表观运动引起的分量误差,同时陀螺漂移较大,载体长时间持续机动时,出现姿态精度不高,甚至发散的问题。提出了一种基于卡尔曼滤波的姿态融合算法,将等效陀螺漂移列入系统状态,利用卡尔曼滤波的新息对运动状态进行判别,在一定条件下,用加速度计的输出作为量测量进行卡尔曼滤波的量测更新过程。实验结果表明,所提出的姿态融合算法考虑了陀螺漂移,能提高载体长时间机动时的姿态精度。     

一种湿度传感器温度补偿的融合算法

针对自动气象站上湿度传感器在实际应用过程中易受温度影响的问题,提出采用RBF神经网络与最小二乘相结合的融合算法实现湿度传感器的温度补偿。该方法将湿度传感器在温度影响下的特性曲线分为两个非线性段和一个线性段,并且自适应的确定线性段和非线性段,在线性段利用最小二乘方法拟合出直线方程,在非线性段利用RBF神经网络补偿温度产生的影响。仿真结果表明,这种方法简单易行,与一般的BP神经网络和最小二乘多项式方法相比,具有拟合训练速度快,补偿精度高的特点,可以有效用于湿度传感器的温度补偿,提高传感器的测量精度和可靠性。     

基于磁传感器组合的运动物体姿态解算

姿态参数的测试是运动物体测试过程中的重要指标。针对角速度陀螺仪在高速运动中姿态角的测量误差较大,提出了基于加速度和线圈式磁传感器的姿态测量组合。线圈式磁传感器的输出值包含了载体的转速和角速度信息的综合,求出载体的角速度信息,通过扩展的全姿态四元数算法进行数据融合和姿态解算。在三轴转台上进行半实物的仿真实验,验证算法的正确性,在解算过程中无须知道当地磁场大小,方法简单易行。     

航天器姿态自抗扰控制

为抑制航天器自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定度的影响, 设计了航天器姿态自抗扰控制器. 自抗扰控制器(ADRC)由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和姿态反馈控制器(AFC)3部分组成.跟踪微分器负责安排姿态指令过渡过程, 并提取其微分信号. 扩张状态观测器(ESO)充分利用姿态敏感器与速率陀螺的量测信息, 可对航天器姿态及内部和外部干扰进行观测. 姿态反馈控制器则在补偿ESO估计的干扰的同时,实现航天器的姿态控制. 与已有研究相比, 扩张状态观测器采用复合量测信息对状态估计进行校正, 性能较好. 而自抗扰控制器只采用一个环路即可实现姿态控制及干扰补偿, 结构简单. 对某航天器姿态控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器是可行的.     

机器人逆标定方法研究

在分析传统机器人位姿标定方法的基础上，提出了一种新的机器人标定方法：基于神经网络的逆标定方法。这种标定方法把机器人实际位姿和相应的关节角误差分别作为前馈神经网络的输入和输出来训练网络，从而获得机器人任意位姿时的关节角误差值，通过修改关节值来提高机器人的位姿精度。这种标定方法把所有因素引起的误差均归结为关节角误差，无须求解机器人逆运动学方程，实现了误差的在线补偿。把标定结果与基于运动学模型的参数法的标定结果进行了比较分析。仿真和试验结果均证明了这种方法比传统方法标定效果更好，且更方便简单，避免了其他传统标定方法繁琐的建模及参数辨识过程。     

基于改进卡尔曼滤波的陀螺仪误差补偿算法

针对基于卡尔曼滤波的MEMS陀螺仪误差补偿算法中量测噪声方差选取不准确的问题,提出一种基于改进卡尔曼滤波的陀螺仪误差补偿算法.卡尔曼滤波通常采用统计特性估计得到固定的量测噪声方差,无法自适应地估计不同环境下陀螺仪噪声特性.该算法将卡尔曼滤波与神经网络相融合,使用卡尔曼滤波新息矩阵作为神经网络输入,通过神经网络得到新息协方差矩阵,以此自适应地估计卡尔曼滤波量测噪声方差.将该算法应用到陀螺仪信号误差补偿中,使用Allan方差分析法对原始信号以及误差补偿后的陀螺仪信号进行分析,实验结果表明该算法能够有效地抑制陀螺仪随机误差,提高MEMS陀螺仪的精度.