无人机磁罗盘校准与航向解算实验系统设计与实现

针对无人机磁罗盘校准和航向解算缺乏专用实验系统问题,依据磁罗盘校准与航向解算相关理论,设计了以单片机为核心的实验系统.该实验系统使用永磁体模拟磁干扰,实现了磁场的采集、存储和显示;采用最小二乘法处理磁场数据,解算出硬磁干扰系数;利用姿态传感器,获取俯仰角、滚转角,以辅助无人机空中任意姿态飞行时航向的解算.经测试,该实验系统符合精度要求且易于使用.     

多位置检测实现MEMS加速度计的自校准

为实现微机电系统（micro-electro-mechanical system,MEMS）加速度计在应用过程中的实时补偿校准,以保证应用需求的高精度输出,本研究在建立测量值与真实值之间的加速度自校准模型的基础上,对加速度计在任意位置下的多组静态观测数据样本进行筛选,结合LM（levenberg-marquardt）算法和最小二乘法模型参数,优化了LM算法中过度依赖初值的问题。对于任意位置下的加速度计静态输出数据,滤波后筛选出可用于最小二乘法的姿态数据,用来修正部分或者全部第k次迭代模型参数,作为第k+1次迭代的初值;其他姿态数据用于LM算法训练拟合第k+1次迭代模型参数,实现加速度计应用过程中的闭环、实时校准。以智能鞋垫应用为例,本研究对比了传统十二面体法、椭球法、单纯LM算法和LM&最小二乘法自校准法对加速度计的校准结果。结果表明,在智能鞋垫的长期使用中,本研究提出的LM&最小二乘法自校准法消除了由于LM初值设定引起的模型参数解算不精准的情况,并可实现实时采集、实时解算、实时校准的目标,能够达到与传统标定方法相同量级的姿态精度。     

基于最小二乘支持向量机的数控机床热误差预测

为实现数控机床热误差的补偿控制,提出基于最小二乘支持向量机进行数控机床热误差建模预测的方法.根据最小二乘支持向量机回归预测的原理,优化选择最小二乘支持向量机参数,对数控车床热误差进行最小二乘支持向量机建模.通过测量数控车床主轴温升值与主轴热变形量,将获得的数据进行最小二乘支持向量机建模训练,以建立机床热误差预测模型.实验结果表明,该模型能有效描述热动态误差,与最小二乘法建模进行比较,结果显示,基于最小二乘支持向量机的数控机床热误差预测模型精度高、泛化能力强;采用最小二乘支持向量机得到的预测模型可用于数控机床热误差实时补偿,以提高机床的加工精度.     

辨识方法的计算效率(2):迭代算法

讨论了最小二乘迭代辨识算法及其计算效率问题.最小二乘迭代算法由于涉及矩阵求逆运算,为减小计算量,提出了基于块矩阵求逆的最小二乘迭代辨识算法.基于块矩阵求逆的最小二乘迭代辨识算法不是一种新算法,只是从辨识算法的实现方式上降低计算负担,它与最小二乘迭代算法产生相同的参数估计,但计算量小.文中研究了伪线性回归系统、多元伪线性回归系统、多变量伪线性回归系统的最小二乘迭代辨识算法及其基于块矩阵求逆的最小二乘迭代算法.     

一种快速载体磁场补偿方法研究

在地磁导航应用中,地磁场的测量不可避免地会受到载体磁场的影响,降低了地磁导航的精度,因此必须对地磁测量数据中的载体磁场实时快速进行补偿.在详细分析载体上硬铁材料、软铁材料产生磁场在载体运动过程中的特性的基础上,提出了一种快速载体磁场标定及补偿方法.该方法本质上是将载体磁场补偿问题转化为椭圆拟合问题,利用带椭圆约束的最小二乘拟合方法对多于6个航向的捷联式三轴磁传感器测量数据进行椭圆拟合,进而实现载体磁场的快速标定和补偿.通过仿真试验表明,该方法具有简单快速,易于实现的特点,可以达到与磁传感器等精度的补偿效果,且在低信噪比情况下具有较强的鲁棒性.     

回归型模糊最小二乘支持向量机

为了克服最小二乘支持向量机对于孤立点过分敏感的问题,将模糊隶属度概念引入最小二乘支持向量机中,提出了基于支持向量域描述的模糊最小二乘支持向量回归机.该方法先对样本进行数据域描述得到一个包含该组数据的最小半径的超球,再根据特征空间中样本与超球球心的距离确定它们的隶属度,减少了奇异点(噪声)的影响;把所要求解的约束凸二次优化问题转化为正定线性方程组,并采用快速Cholesky分解的方法求解该方程组.实验结果表明该方法在不牺牲训练速度的前提下,比支持向量机和最小二乘支持向量机具有更高的预测精度.     

基于最小二乘支持向量机的事件处置案例匹配算法

随着军事信息化、智能化进程不断深化发展，面对突发情况时通常需要在极短时间内完成事件处置方案拟制，因此对事件处置智能化的需求极为急迫。结合Platt scaling概率校准模型，针对非均衡数据分布和多类属输出概率校准拓展问题，对核最小二乘支持向量机模型进行改进，提出一种校准概率最小二乘支持向量机(Calibration Probabilistic Least Squares Support Vector Machine, CPLS-SVM)分类算法；设计一种基于CPLS-SVM算法的事件处置案例匹配方法，提高复杂案例样本环境下的匹配精度；通过构建基于校准概率最小二乘支持向量机，并应用到事件处置实例模拟数据进行仿真实验，验证算法的有效性和性能优势。     

基于序贯最小二乘的雷达网误差配准方法

为实时估计雷达网系统偏差，针对广义最小二乘配准方法不能实时估计传感器偏差的问题，提出了基于序贯最小二乘的雷达网误差估计方法，该方法在广义最小二乘配准模型基础上，采用序贯最小二乘方法来估计系统偏差，不必存储过去的测量数据，能够实时估计系统偏差．仿真表明该方法的有效性．     

基于地心地固坐标系的多传感器实时配准方法

针对立体投影配准算法的不足,在分析广义最小二乘方法的基础上,提出了基于地心地固坐标系的实时配准方法.该方法选定一个传感器为数据处理中心,建立配准模型,采用序贯最小二乘方法和卡尔曼滤波方法来估计系统偏差,实现了误差的实时估计,便于工程应用实现.仿真表明了该方法的有效性.     

二尺度最小二乘小波支持向量回归

基于小波多尺度理论和最小二乘支持向量机的优越性能,提出了多尺度最小二乘小波支持向量回归,弥补了普通最小二乘小波支持向量回归在单尺度小波空间上对函数进行逼近的不足,使用多尺度上的小波线性组合来逼近L^2（R^d）空间上的任意函数,真正意义上实现了小波分解和最小二乘支持向量机的最佳结合,更有效地继承了小波多尺度学习算法和最小二乘支持向量机的优点,既能达到有效精度而且还计算简便。本文以两尺度为例,通过仿真实验说明了所提算法的有效性。     

Bootstrap方法对晶振稳定度估计

针对小样本条件下晶振能够快速稳定实现时钟同步的问题,提出了在蒙特卡洛模拟实验下结合传统和改进后Bootstrap方法与卡尔曼滤波方法消除相关噪声,从而维持晶振稳定性的一种方法.由于传统Bootstrap方法限制再生样本的生成范围,使计算结果远远偏离真实情况,而改进Bootstrap方法可以拓展再生样本的生成范围,避免了只抽取原始数据的情况,使得频偏和时偏的估计分布尽可能地接近真实分布.仿真结果表明,改进Bootstrap对频偏和时偏的校正优于传统Bootstrap方法,利用改进Bootstrap与卡尔曼相结合的方法能够实现对晶振的快速稳定.     

单目视觉测量球形体中心偏移校正方法

针孔成像模型下非主光轴上的球体成像为椭圆,椭圆中心偏离球心投影点。针对球体固定单目视觉测距问题,推导了椭圆中心偏移量的解析公式,研究了基于该公式的校正方法,并进行了仿真验证。结果表明,该方法有效地减小了成像中心偏移带来的误差,适用于近距离、大视场、固定单目视觉测距。     

High precision magnetometer for geomagnetic exploration onboard of the China Seismo-Electromagnetic Satellite

The China Seismo-Electromagnetic Satellite (CSES) is the first platform of China’s earthquake observation system in space and the first satellite of China’s geophysical field detection missions. The high precision magnetometer (HPM), which contains two fluxgate sensors and a coupled dark state magnetometer (CDSM), measures the vector of the Earth’s magnetic field with a bandwidth from DC to 15 Hz. The two fluxgate sensors are in a gradiometer configuration in order to reduce satellite interferences. Additionally, the CDSM sensor measures the scalar value of the magnetic field with higher accuracy and stability. Several data processing and calibration methods have been prepared to get accurate vector magnetic field data. This includes the calibration of each of the three sensors, the absolute vector correction algorithm, the spacecraft magnetic interference elimination and the coordinate transformation method. Also the instrument performances based on ground calibration activities are shown in this article.     

基于磁强计的皮卫星姿态角测量误差

采用三轴磁强计测量地磁场矢量,与轨道演化和国际地磁场参考模型(IGRF)计算获得的地磁场矢量进行比较,获得姿态角度信息的方法适合体积小、重量轻、功耗低的皮卫星应用环境。地磁场矢量实际测量误差和轨道模型演化计算的地磁场矢量误差是皮卫星姿态角测量的两大误差源。通过分析获得磁强计A/D采样、磁传感器误差、温度漂移、铁磁材料等因素导致地磁场矢量实际测量误差为1.74°。皮卫星自身的特点不允许采用复杂的SPG4轨道演化模型,基于Kepler轨道模型和IGRF地磁场模型计算获得的地磁场矢量误差为0.5°。因此,基于三轴磁强计的皮卫星姿态角测量误差为2.24°。     

提高高温超导磁力仪动态范围的补偿方法

针对高温超导磁力仪动态范围小,在无屏蔽环境下难以正常锁定的问题,提出一种提高其动态范围的补偿方法。采用分档补偿的思想,利用补偿线圈在仪器探头处产生补偿磁场以抵消外界大部分待测磁场,使得抵消后剩余的磁场始终保持在磁力仪动态范围之内,将抵消的磁场值与磁力仪测量值进行运算处理得到待测磁场值。测试结果表明,该方法可在不降低灵敏度的前提下大幅度提高高温超导磁力仪的动态范围,使其在干扰和磁场变化大的无屏蔽环境下也能正常锁定工作,满足地球物理磁法勘探工作的要求。     

数理统计和频谱分析的TIADC误差校正方法

时间交替模数转换器（TIADC）中存在的偏置、增益和时间误差严重影响了系统的信噪比（SNR）和有效位数（ENOB）。该文提出了数理统计和频谱分析的误差校正方法。数理统计用于偏置误差的校正,通过对各个子ADC的采样数据进行数理统计,得到各个子ADC偏置误差的估计,进而完成误差校正,并使用一种二次校正的方法,提高了校正精度;频谱分析用于增益误差和时间误差的校正,由存在误差时特定频点的幅度和相位值得到误差估计,从而实现增益误差和时间误差的校正。校正前后信号频谱的对比证明了该校正算法的有效性。实验结果表明,该算法简单容易实现,将TIADC系统的SNR提高到了41.019 4 dB,ENOB提高到了6.52 bit,校正效果达到或者优于正弦拟合算法。     

A novel absolute displacement detecting magnetic sensor

A novel magnetic grating based on calibration was proposed.Two tracks,look-up track and index track,were used to realize absolute output.Magnets of look-up track were magnetized according to N-S-N-S,and magnetic field was sensed by 6 linear Hall sensors.Three signals whose phase shift is 120° were obtained through difference,and the offset of magnetic head in a signal period could be obtained by look-up table;Magnets of index track were magnetized according to pseudorandom binary sequence.Hall sensors were used to get the absolute offset of the signal period to which the magnetic head is belonged.The magnetic grating was calibrated using a higher resolution optical grating:output of optical grating and signals from magnetic grating were sampled at the same time and transmitted to computer,the relation between them could be got and stored in MCU for looking-up.The displacement was got according to Hall signals while in working state.A magnetic grating prototype was made,and it could realize absolute detecting in 2048 mm and the resolution could achieve to 0.001 mm.Its structure is simple,cost is very low and it is suitable for mass production.     

一种用于人体运动捕获的自适应混合滤波融合算法

针对基于惯性传感器的人体运动捕获系统存在陀螺漂移和噪声干扰等问题,提出一种多元传感器信息融合的自适应混合滤波融合算法。算法首先利用快速高斯牛顿法对加速度计和磁力计数据进行姿态信息迭代估算,用四元数将参考坐标系中的加速度和磁场强度分量转换到载体坐标中,将转换后的值与当前时刻测量值的差值代入高斯牛顿迭代算法中用于四元数的实时值估计,通过确定搜索步长的最优值来缩短迭代次数,提高算法收敛速度。设计自适应的互补滤波器将高斯牛顿法解算的姿态信息作为观测矢量对陀螺漂移进行补偿,分别使用高通滤波器和低通滤波器处理陀螺仪数据和高斯牛顿算法优化过后的加速度计、磁力计数据。在互补滤波器中引入重力矢量及地磁参考矢量自适应调节滤波器参数用于实时调整不同算法的权重大小,融合后输出最终的姿态信息,实现最优估计。进行实验对比分析本算法和其他算法融合效果,结果表明,本算法有效降低陀螺累积误差、线性加速度及磁场对解算精度的干扰,磁干扰状态下误差为0.94 °,自由运动状态下误差为1 °。对比扩展卡尔曼滤波融合算法,本文算法执行时间缩短25 %,有效提升了运动捕获系统的性能。     

斜交弧齿锥齿轮耦合多转子系统振动分析方法

为解决斜交弧齿锥齿轮耦合多转子系统振动分析的问题,提出了一种振动分析建模方法.利用单节点6自由度振动微分方程通式,建立了单转子系统的振动微分方程;采用斜交弧齿锥齿轮副的总体耦合矩阵,将各单转子系统的振动微分方程耦合,得到整个齿轮耦合多转子系统的振动微分方程.求解多转子系统的振动方程,得到多转子系统的固有特性、振动响应和...     

Gain-Scheduling H∞ Autopilot Design for Tactical Missiles with Variable-Swept Wings

It is very important to determine the magnetic object location using the magnetic anomaly. This paper presents a method for determined the magnetic object location using the geomagnetic field intensity. The magnetic object center position can be obtained by the amplitude of the analytic signal( AS) of geomagnetic total intensity. The vertical distance can be obtained by the value of magnetic anomaly on center position. But the vertical distance from measuring plane to magnetic object is not relatively precious because of not eliminating the geomagnetic normal field in the calculation process. The method of modeling geomagnetic normal field in small space is proposed based on Taylor polynomial. The impact of geomagnetic variation field for the precious of model is analyzed. Through the measured data and the model data,total intensity magnetic anomaly on the measuring plane is obtained which is used for calculating the vertical distance of magnetic object by calculating model. The experimental tests have been conducted on open field on the campus of Harbin Engineering University. The results show that the calculated results and real values match perfectly using this method.