单芯片加速度计陀螺仪设计与动力学分析

介绍了单片集成加速度计陀螺(AG)的结构及其工作原理,提出一种可以利用一个敏感头同时测量某一方向加速度和陀螺信号的AG结构形式;同时建立了加速度计陀螺仪的动力学模型,并对单结构加速度计陀螺的加速度信号和陀螺信号的产生及仿真进行了阐述.分析结果表明本结构在动力学方面满足单轴加速度计陀螺仪的设计要求.     

单轴旋转惯导系统误差特性研究

为研究单轴旋转惯导系统的误差特性,推导了旋转惯导误差方程,分析了陀螺典型器件误差对惯导系统误差特性的影响.为了研究不同旋转方式对陀螺器件误差的调制效果,设计了单轴单向连续旋转、单轴正反连续旋转以及单轴转停三种旋转方式,分析了各旋转方式对典型误差源的调制效果.综合考虑陀螺常见器件误差,选取典型误差量,基于Simulink建立了仿真模型,仿真了不同旋转方式下的惯导系统位置误差特性.结果表明,不同的旋转方式会产生不同的调制效果;同时,单轴正反旋转的惯导系统可以有效地对陀螺常见器件误差进行自补偿,提高定位精度.     

可抗高离心加速度的气压箱设计

在惯性器件的离心-气压复合校准中，气压箱的结构设计决定了传感器的校准精度。而现有的气压箱结构无法满足高离心加速度下的使用要求，因此提出了一种可抗高离心加速度的气压箱结构，以实现高离心加速度下惯性器件的复合校准。为了解决在高离心加速度下气压箱气体泄露问题，通过设计气压箱的结构材料和密封技术研制了一种高密封低气压的实验箱，进而对其箱体强度进行校核计算，得到各个部分的最大受力强度。根据所得数据进行数值仿真，分析在不同离心加速度下的箱内气压分布情况，并在高离心加速度条件下进行了不同气压的试验测试，证明所设计的气压箱在高离心加速度环境下仍能保证系统内部气压的稳定性。因此该气压箱能够用于离心-气压复合校准装置中，实现对惯性器件的高精度复合校准。     

基于LabVIEW的惯性测量单元信号采集及处理系统设计

利用LabVIEW设计了惯性测量单元信号采集及处理软件,主要包括串口通信、数据分离及信号处理等模块;串口通信模块采用VISA方式编程,建立了惯性测量单元与上位机之间的通信;根据惯性测量单元输出数据的格式,利用LabVIEW中的匹配模式函数分离出沿三轴向的加速度信号和角速率信号;设计了一种用于去除加速度信号中低频成份的数字滤波器;在建立的陀螺漂移模型基础上,分别进行小波基、小波分解层数、阈值函数及阈值估计方法等小波参数的选取.     

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.     

常规弹药转速测量时频分析方法研究

常规弹药智能化改造过程中面对的高过载、高转速的恶劣环境使得传统的速率陀螺无法正常工作,因此可以在惯性测量组合中用磁传感器代替速率陀螺来测量弹丸转速。以仿真的单轴磁传感器输出信号为研究对象,分别采用峰值检测、过零周期检测、短时傅立叶变换和"滑动窗口"Chirp-z变换四种时频分析方法提取弹丸转速,对结果做误差分析,得出精度最高的转速提取算法。     

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。     

飞行仿真环境中惯性测量单元建模

准确的惯性测量单元(IMU)模型对飞行仿真至关重要,模型的准确性直接影响仿真试验的可靠性.为了在飞行仿真试验中能够提供有效的角速度和线加速度数据,需要建立准确的惯性测量单元仿真模型.在推导陀螺和加速度计数学模型的基础上,提出了建立陀螺及加速度计的仿真模型方法.为提高模型准确性,考虑了IMU误差影响.通过模拟AD公司的M...     

用于空间手势输入的无陀螺微惯性测量单元设计

针对三维空间手势输入的特点,提出了一种基于双路三轴MEMS加速度计的对称配置方案及角速度、线加速度解算方法。该方法使用两个三轴MEMS加速度计以及对称的硬件布局构成无陀螺微惯性测量单元,基于积分法计算测量单元的角速度和质心处线加速度,利用角速度解析式中的冗余信息对解算积累误差进行估计并实施误差补偿。该方案避免使用陀螺组件,两路加速度计在长轴方向上的对称编排方式保证了测量单元的小体积、狭长几何特征,便于手持;相应的角速度解算方法形式简单,适用于采样时长短、测量单元横滚角变化量小的三维空间手势特征提取和识别领域。仿真实验证明了该方案的可行性和有效性。     

四陀螺冗余配置的单轴旋转调制捷联惯导方法

针对现有惯导采用正交配置方案导致可靠性不高以及导航误差随时间累积较快的问题,提出了一种四陀螺冗余配置的单轴旋转捷联惯导方法。通过器件级冗余技术,基于可靠性提高最大、导航特性最优以及单故障时精度更好的原则,设计了一种四陀螺对称斜置方案。在此基础上,鉴于单轴旋转调制转轴垂直方向上器件常值漂移的优势,创新性的提出了将冗余配置和单轴旋转调制相结合的冗余式单轴旋转惯导方法,文中给出了具体的设计方法和设计过程。仿真结果表明：系统可靠性较传统正交配置提高75%,定位精度较无旋转调制系统提升32%。提出的新方法不仅能同时提升系统导航精度和可靠性,而且配置结构中陀螺仪对称分布,便于安装、标校,易于工程实现。     

基于惯性传感器的电力线路杆塔倾斜监测装置设计

针对电力线路杆塔倾斜角实时测量的需要,设计了一种基于惯性传感器的倾斜角度实时监测装置。装置硬件上由惯性传感器、单片机、通信电路和电源变换控制电路组成。软件上采用中断模式和尽量减少工作模块和通信次数相结合的工作策略以降低系统功耗,将6轴惯性传感器的加速度和角速度原始数据进行去极值平均滤波预处理,再经由互补滤波算法进行倾斜角度的综合计算,经实测倾斜角测量相对精度能达到1.30%。该装置在测量精度、功耗、成本和易用性上均能较好地满足电力线路杆塔倾斜在线监测的需求,具有一定的推广应用价值。     

船舶控制系统中鼠标和触摸屏兼容的接口程序设计

针对高可靠性系统需要同时具备鼠标器和触摸屏输入设备的应用场合,提出了鼠标器和触摸屏兼容的接口程序的设计思想.详细分析了触摸屏接口程序、鼠标驱动程序以及应用接口函数的设计过程,实现了鼠标操作和触摸屏操作的兼容.设计的程序在船舶智能控制系统中获得成功应用,对类似系统输入设备的接口程序设计具有较好的参考意义.     

基于陀螺仪的炮塔角速度测量装置的设计

针对国内炮控系统性能参数测试中对角速度测量的成本较高、操作复杂、时间较长等问题,设计了一种基于MEMS陀螺仪的炮塔角速度高精度测量装置,通过中值滤波、均值滤波以及加权平均融合的方法,抑制了测量噪声等因素对炮塔角速度值的影响.通过在转台和坦克上对该装置进行标定和测试,分析了滤波和融合前后的实验结果,其对炮塔角速度的测量精度可达0.02°/s.该装置操作简单、灵敏度高、成本较低、实用性强,能有效地提高测试精度,节省了人力物力,缩短了测量时间,满足实际应用的需求,具有很高的实用价值.     

无人机舵偏角的自动检测

针对无人机舵偏角测量方法落后的实际情况,提出了一种利用单片机自动测量无人机舵偏角的方法,并成功研制出无人机舵偏角自动检测仪。实用表明,该无人机舵偏角自动检测仪检测精度高,已经取代了落后的人工测量方法,从而提高了无人机地面检测能力。     

基于GPS/BD机动参试设备角度标校方法研究

针对机动参试的高精度测速设备标校存在的问题,利用GPS/BD卫星导航定位系统进行方向测量,具有设备简单、体积小、成本低、初始化时间短、精度高、无积累误差、不受地理条件影响等优点.设计了双天线GPS/BD系统进行雷达设备角度标校方法,在完成雷达角度标校的同时还可进行站址坐标的测量,降低了雷达设备对测量场地的要求,为实现真正意义上的机动参试奠定了基础.经某高精度测速设备试验表明,该方法标校精度与传统的方位标校方法相当,但标校效率提高,过程得以最大程度简化.     

基于GEO的低轨航天器星间通信链路控制系统设计

目前提出的低轨航天器星间通信链路控制系统控制速率低,导致俯仰角和方位角响应能力差,角速度、角加速度、角度指向的误差较大。针对上述问题,基于GEO设计一种新的低轨航天器星间通信链路控制系统,分析低轨航天器星间通信链路,利用星间信号发射器、信号接收传感器、发射天线、接收天线和高增益天线,确定数据编码,确定数据传输方式。分别设计星地链路协议控制程序和星间链路协议控制程序,实现协议之间的控制。实验结果表明,基于GEO的低轨航天器星间通信链路控制系统控制速率高,具有较强的响应能力,控制参数鲁棒性强,能够有效降低角速度、角加速度、角度指向的误差。     

一种激光测距装置在旋翼共锥度测量中的应用

直升机旋翼共锥度是旋翼动平衡测量的一个重要参数。它直接影响直升机机动性能、安全性能等多方面重要指标。针对在旋翼高速旋转的状态下测量共锥度值的系统特点,设计了一种激光测距装置,利用激光和反光镜构成三角形光路,在反光镜上标记矩形刻线,利用矩形刻线在摄像机靶面上的成像信息求出反光镜的位置角度信息,进而利用三角形几何原理计算被测点到激光测距装置的距离。从而实现距离测量。将其用于直升机旋翼共锥度测量中,可实现对直升机旋翼共锥度值的非接触、高精度测量。对该装置的结构和计算过程进行了简要介绍。该装置具有结构简单、使用方便、精度较高、支架非结构性形变对测量结果无影响的特点。     

一种基于MEMS的无线倾角自组网检测装置设计

针对基建项目中检测倾角的应用需求,以单片机为主处理器设计了基于微机电系统(MEMS)三轴加速度计的倾角检测装置.方案以三角学为算法基础,实现了对倾角的高精度检测,并通过无线通信实现数据传输功能.实验结果表明,其可用于基建组塔中对抱杆倾斜角度的检测,具有高可靠性、低功耗的特点,且可扩展用于需要检测倾角的各种场合.     

特种复杂试验装置中模型动态建模系统设计

为克服特种复杂试验装置中模型不可接触、传统动态建模方式周期长等困难,设计一种基于运动恢复结构算法的动态建模系统,实现实时的动态建模,以更直观和精确的指导试验。试验装置内设置车道线,使用智能寻迹车进行轨迹识别,环绕模型行进。智能寻迹车上同时搭载光学相机和红外相机,同视角拍摄特种复杂试验装置中模型的图像。使用运动恢复结构算法,从光学相机拍摄的图像重建模型的三维结构。模型上设置有环状编码标记点,利用标记点的坐标增加重建的精度。使用改进的运动恢复结构算法,从红外相机拍摄的图像重建红外三维结构,并建立起与光学图像生成的三维结构的对应关系。系统最终获得具有温度信息的可视化模型,并可使用头戴式虚拟现实设备进行沉浸式体验。     

飞机悬挂物离机姿态测量装置的设计

在飞机悬挂物地面投放试验中,为了测试悬挂物离机的姿态(瞬间速度、旋转角度、位移),利用光电检测原理设计了一种飞机悬挂物离机姿态测量装置。该装置能够准确可靠地测量悬挂物离机时的分离速度、弹射行程以及回转角等参数,且结构简单、性价比高,解决了飞机挂架标准件难以安装测量装置的技术难点。