基于MEMS陀螺仪和加速度计的自适应姿态测量算法

针对MEMS陀螺仪以及加速度计传感器单独测姿时,传感器数据中存在复杂噪声和测量误差导致测量得不到最优姿态角的问题,设计了一种基于MEMS陀螺仪和加速度计的自适应姿态测量算法.算法采用扩展卡尔曼滤波方法实现数据融合,并且在利用Allan方差估计MEMS陀螺动态噪声的同时,加入了遗忘因子和限定记忆的算法思想,从而实时地跟踪数据的量测噪声,实时修正角度估计误差,有效地提高了姿态测量系统的精度.实验结果表明,二者组合定姿可实现高精度的姿态测量,验证了算法良好的动态噪声抑制能力,提高了系统对环境变化的适应性.     

陀螺转子的称重静平衡实验研究

简要说明了陀螺转子平衡的重要性,在没有适合特殊结构、小质量、高精度陀螺转子静平衡方法的前提下,对已有的一种用压力传感器来进行测力的静平衡方法进行改进,从而将只能测量二维空间的静不平衡偏心距扩展到三维空间的测量。并通过用高精度电子天平替代压力传感器,大大提高了其平衡精度,使其对小质量、高精度转子更加适用。进行了实验方案、系统的设计及简单的理论分析,最后通过实验得出实验数据、分析结果及未来展望。     

基于MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统

提出了一种基于低成本MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统,包括MEMS速率陀螺、MEMS磁强计、单轴MEMS加速度传感器.重点研究了基于扩展Kalman滤波（EKF）的姿态估计创新算法,通过速率陀螺更新误差状态四元数计算姿态角,并通过飞行方向的加速度传感器和三轴磁强计来补偿陀螺漂移和姿态角误差,利用扩展卡尔曼滤波方程消除瞬时干扰,实现高动态姿态测量.系统的仿真和高动态实验表明,姿态测量动态精度低于5°,静态精度低于0.7°.     

基于Allan方差的MEMS陀螺仪随机误差分析方法

MEMS陀螺随机漂移误差是制约惯性导航精度的主要原因,本文通过Allan方差分析方法,得出MEMS陀螺随机漂移误差主要来源以及各种误差的性能参数.该方法为分析陀螺性能指标、提高惯性导航精度奠定了基础.本文介绍了Allan方差定义,陀螺各项随机误差与Allan方差的关系,搭建了MEMS陀螺组件,通过高精度转台实验静止采集陀螺仪数据.利用Allan方差分析得出MEMS陀螺各项随机误差性能指标,验证了该方法的可行性.     

基于MEMS热电堆传感器的高温测量技术

为了拓宽MEMS热电堆传感器的温度测量范围,实现高温测量,根据MEMS热电堆传感器的原理,设计完成了A2TPM1334型MEMS热电堆传感器静、动态标定装置.通过试验得到标定结果;同时提供了基于MEMS热电堆传感器实现瞬态高温测试的技术方案及实现手段,并对其关键部分一红外衰减片性能进行了分析和讨论.     

陀螺转子静平衡测量方法的研究

介绍了一种新的陀螺转子静平衡仪结构设计,采用玛瑙刀口支承感应机构与光电自准直测角相结合的方法,实现对陀螺转子静不平衡量的测量。提出了新型粗、精双测刀机构实现高精度、大量程测量,减少刀口磨损,提高测量效率。通过转子托架摆动周期测量法确定了仪器灵敏度系数的精确调整方法。采用标准砝码对仪器进行了精确标定。实验结果表明该仪器测量示值误差优于4 mg·mm,量程达到2000 mg·mm。     

改进小波阈值法在MEMS陀螺随机误差分析中的应用

由于传统小波阈值去噪法在减小MEMS陀螺随机误差有很大的局限性,介绍一种改进阈值函数去噪法,通过调整阈值函数,克服传统方法的缺点和不足,从而减小MEMS陀螺随机误差,提高MEMS陀螺的精度。首先介绍传统阈值函数去噪法,然后基于传统阈值函数进行改进,提出一种新的阈值函数。采用改进后的方法对MEMS陀螺输出数据进行处理,并用Allan分析法比较传统方法与改进方法的效果。实验结果表明,角度随机游走(N)减少78.85%,零偏不稳定性(B)减小82.14%,角速率随机游走(R)减少92.53%,均值下降90.6%,均方差下降70%,信噪比增加26.43%,提高MEMS陀螺的精度。     

基于高速图像采集与时间序列图像相关的微陀螺动力学特性测试

研究微结构与微机械电子系统(MEMS)的动力学特性测量与试验方法,对于优化MEMS的结构设计以及提高其可靠性与稳定性具有重要的意义。基于高速图像采集技术和数字图像相关方法,提出了一种用于MEMS动力学特性测试与研究的时间序列数字图像相关方法。由于数字图像相关方法是以图像子区作为单元通过相关搜索计算出相关动力学参量,如同在试件上安装没有任何附加质量和附加力的影响的“微传感器”,因此该方法对试件表面要求低,测试结构简单,测量的数据精度高,可靠。给出了用该方法对稳定谐振和自由阻尼振动情况下微陀螺的动力学特性的测试结果,为进一步研究分析微陀螺的稳定性提供了重要的参数。     

显微干涉法在MEMS结构三维形貌测试中的应用

鉴于三维形貌在微机电系统(MEMS)测试领域的重要地位及显微干涉法在光学计量领域的高精度性能,开展了显微干涉法在MEMS结构三维形貌测试中的应用研究.基于小波变换极高的去噪性能及处理无载波条纹的优点,包裹相位采用连续小波变换的方法提取.基于展开相位拐点与符号歧义点的单应性,开展了通过检测展开相位拐点并对展开相位进行校正的方法恢复非单调条纹图的真实相位的研究.采用上述方法,成功测试了微梁的静、动态三维形貌及手机芯片的翘曲变形.该项研究为MEMS结构的三维形貌测试提供了高精度且简单快速的测量手段.     

浅谈风扇精锻叶片型面数字化检测设计的开发

由于在风扇发动机中,一般静子叶片级数多达数级以上;而且,风扇静子叶片的叶身型面形状复杂,每个截面都是由封闭的样条曲线形成,因此,其叶身的形状是由多条样条曲线形成的复杂;并且,随着风扇转子、风扇静子叶片精密锻造技术的发展,高精度、小余量精锻叶片的检测水平也要向数字化、自动化、精密化、高效化发展。因其质量数据无法用常规手段获得,需要应用先进的检测仪器来控制精锻质量,即需要应用三坐标设备扫描检测。研究风扇转子、静子叶片检测设计的技术瓶颈,研究叶身型面形状的形成原理,消化叶片设计图,正确理解各截面的样条曲线关系;配合工艺,解决高精度、小余量精锻风扇静子叶片的型面检测设计的结构难题是本专业首要任务,也是航空领域工装设计的重要课题。     

旋转弹用MEMS陀螺性能测试

常规弹药在发射过程中具有高过载及高速旋转的特点,导致惯性测量单元由于过载和传感器量程不足无法实现正确测量,针对该问题设计了一种基于弹体自身旋转作为驱动的三轴MEMS陀螺.本文首先对该陀螺的工作原理及输出特性进行了分析,设计了相应的测试平台;然后借鉴常规陀螺的测试方法对其进行测试标定;最后对该陀螺输出与加速度关系、标度因数、非线性度、分辨率等性能进行了测试.从而验证该陀螺能够实现对外部角速率的测量,且能够正确敏感外部角速率的变化,最终验证了所设计陀螺的正确性.     

地磁姿态检测系统弹体摆动误差 分析与补偿方法

针对地磁/GPS组合姿态检测系统测量精度受弹体摆动影响较大的问题,在分析地磁/GPS组合姿态检测系统的弹体摆动误差的基础上,提出了基于地磁陀螺组合的姿态检测方法,建立了地磁陀螺组合姿态检测模型,利用两轴MEMS陀螺测量的角速率实时积分求解弹体偏航角,结合地磁模块输出的三维地磁分量,组合求解弹体姿态信息.结果表明,与地磁/GPS组合方案相比,增加陀螺模块可消除滚转角和俯仰角随弹体摆动而产生的误差波动,测姿能够适应各种运动环境变化,并保持良好的稳定性.     

小波阈值去噪法在MEMS陀螺仪信号降噪中的应用

通过分析小波分析法中的阈值去噪算法的原理,根据MEMS陀螺仪信号漂移的数学模型,采用了基于小波阈值去噪法对MEMS陀螺仪的输出进行实时消噪处理.并将该算法应用到基于DSP的某MEMS陀螺捷联惯导系统后对系统的MEMS陀螺仪进行零漂试验.通过整个系统试验结果分析,使用小波阈值去噪法对抑制MEMS陀螺仪零漂,改善MEMS陀螺仪的零偏稳定性具有很好的效果,肯定了小波阈值去噪方法在MEMS陀螺仪噪声处理中的理想效果.     

基于MEMS陀螺的低成本捷联惯导系统设计

介绍了一种基于MEMS陀螺和石英挠性加速度计的低成本捷联惯性导航系统的设计与实现方法。给出了惯性测量单元(IMU)的模型方程,并在全温下对IMU的输出进行补偿;采用"四元数"法进行姿态计算,通过坐标变换、积分运算确定载体的速度、位置;对惯测样机进行了60 s的静态测试,结果表明该系统短期准确度满足SINS/GPS组合导航系统需求。     

MEMS在片测试系统电容参数校准技术研究

正一、引言MEMS晶圆片测试是MEMS传感器产品整个工艺流程中必不可少的重要环节,MEMS在片测试系统就是为适应晶圆片测试的特殊需求而专门配备的测试设备。该类设备的集成度和自动化程度高,能够根据需要对晶圆片上的MEMS器件芯片进行多参数的检测,测量准确度高。在片电容是MEMS晶圆片测试的核心参数,其准确程度直接影响MEMS器件的质量,因此保证在片电容参数校准的准确度至关重要。在片测试系统的电容参数技术指标如表1所示。     

无陀螺捷联惯导系统的安装误差辨识方法

根据无陀螺捷联惯导系统(GFSINS)的工作原理,推导了理想条件下和有加速度计安装误差条件下的角速度解算方程;推导了加速度计的安装位置误差所产生的加速度计的输出误差;在静基座条件下,通过旋转惯性测量单元坐标轴的方法改变其放置位置,建立了加速度计安装位置误差的辨识公式;数字仿真结果表明.所采用的加速度计安装误差的辨识方法有效,对辨识得到的安装误差进行补偿可以显著地提高角速度的解算精度.     

基于均匀设计的MEMS陀螺温度标定试验设计

针对传统的温度试验方案存在试验量大、耗费时间长的问题,提出基于均匀设计法的三轴微电子机械系统(micro-electromechanical systems,MEMS)陀螺温度标定误差补偿试验方案。设计基于均匀设计的四因素(测试温度点、温变速率、MEMS陀螺转速及转动方向)试验方案。首先,构造试验所需的均匀设计表;其次,根据LP-偏差确定MEMS陀螺温度标定误差补偿实验的最佳试验方案;最后,搭建出MEMS陀螺温度标定的实验装置进行测试。试验结果表明:与将每一个因素的不同水平组合的全面设计方案相比,该试验方案不仅节省12.5%的试验时间,还进一步减少MEMS陀螺温度标定误差试验量,缩短研究周期,节约试验成本。     

光纤陀螺IMU的六位置旋转现场标定新方法

针对光纤陀螺惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的误差系数随时间推移而变化的问题,本文提出一种光纤陀螺IMU的六位置旋转现场高精度标定新方法,该方法在使用现场将光纤陀螺IMU在六个位置上进行十二次旋转,然后根据光纤陀螺IMU的误差模型建立42个非线性输入输出方程,通过旋转积分和对称位置误差相消,消除方程中的非线性项,最终求解出陀螺标度因数、陀螺常值漂移、陀螺安装误差和加速度计常值偏置等15个误差系数.实验结果表明,该方法可在没有精密转台的现场实现光纤陀螺IMU的精确标定,其标定精度与基于精密转台的标定精度相当.     

基于UKF信息融合的多旋翼飞行器姿态估计

姿态估计是多旋翼飞行控制的基础,为实现多旋翼三轴姿态估计,构建了基于MEMS陀螺、加速度计和磁力计的低成本姿态测量系统.该系统采用STM32F103作为控制器,集成加速度计和陀螺仪MPU6050,磁强计HMC5883作为测量传感器.针对多旋翼飞行器单一传感器无法准确测量姿态信息的问题,提出了基于无迹卡尔曼滤波信息融合的姿态估计算法.以陀螺仪为状态矢量,加速度计和磁强计解算的姿态角为观测矢量,无迹卡尔曼滤波器将陀螺的良好动态性能与加速度计、磁强计的良好静态性能结合起来,提高姿态测量精度,具有良好的动态跟踪性能.通过飞行测试,与高性能成品飞行器的姿态信息做对比,验证和分析该低成本姿态测量系统的有效性.实验结果表明,基于无迹卡尔曼滤波的姿态测量系统实现了动态环境下低成本多旋翼的精密姿态测量,为无人机自主飞行控制奠定了基础.     

MEMS陀螺随机误差辨识与降噪技术

针对MEMS陀螺精度受随机误差的影响,并随测姿积分算法逐渐增长的问题,采用时间序列分析法对MEMS陀螺的输入输出数据进行辨识,建立系统的ARMA模型,利用卡尔曼滤波方法对随机误差进行降噪处理,最后对随机误差降噪技术进行实验验证.实验结果表明,降噪后随机误差方差为降噪前的7.17%,由降噪后的MEMS陀螺数据计算得到的姿态角误差小于1°,能够满足低成本导航系统的需要.