无陀螺惯性测量组合实验系统设计

无陀螺惯性测量组合(Non-gyro InertialM easurem entUn it-NG IMU)是利用线加速度计在空间的组合解算出载体的角速度,同时测量载体的轴向加速度,构成惯性测量组合,应用该方法可以设计出适用的中等精度惯性导航系统.针对目前多种加速度计配置方案,提出NG IMU九加速度计配置方案,该方案直接得出角加速度表达式,有效避免了求解微分方程组.在推导了导航参数计算数学模型的基础上,在国内率先组建了实验系统,设计了数据处理电路,并且进行了角度测试实验.实验结果表明,该系统可以真实反映角度变化趋势,准确描述姿态信息,方案正确可行.     

微型惯性测量系统及其应用

目的　对微机电系统 ( MEMS)和微型惯性测量系统的国内外现状、国家政策进行介绍 ,讨论微型惯性测量系统 ( MIMS)应用技术 .方法　结合世界各国政府对该技术的政策导向和我国的对策 ,在应用技术方面 ,采用系统优化、设计专用集成电路并采用抗高过载方法 .结果与结论　模块化集成方法能够满足部分需求 ,已在我国一些重大型号上获得应用 .微型惯性测量系统是今后需要重点研究的微机电系统之一 .     

基于补偿GNSS滞后的实时外推时间配准方法

针对GNSS/INS组合导航中量测信息时序不同步导致导航定位精度降低的问题,对导航系统的时间误差进行分析,提出一种基于补偿GNSS滞后的实时外推时间配准方法.首先,对GNSS的秒脉冲(1PPS)信号进行分频处理为惯性测量单元(IMU)提供参考时标,减小IMU频漂带来的累计误差;其次,当检测到GNSS导航信息传输完成,选...     

基于李代数的人体手臂惯性动作捕捉算法

为了实现实时人体手臂动作捕捉,提出了一种利用惯性传感器实现人体手臂动作捕捉的方法.利用惯性测量单元(IMU)解算出的四元数信息,得到手臂腕部、肘部和肩部关节点的位置.将惯性数据通过蓝牙无线通信方法传到上位机.采用具有毫米级动作捕捉精度的OptiTrack光学动作捕捉设备,得到人体手臂的位置数据,并将其作为基准位置数据.将IMU坐标系下解算出的位置信息变换到OptiTrack坐标系下进行对比.结果表明,该方法适用于自由活动环境下的动作跟踪,具有较高的动作捕捉精度.     

微型导航系统中的陀螺漂移在线标定及补偿方法

为了提高由MEMS惯性器件构成的微型导航系统的姿态、航向测量精度,提出了在线标定和补偿陀螺常值漂移的方法.首先将倾角传感器SP5003测量的水平姿态与MEMS惯性系统测量的水平姿态进行信息融合,同时估计出2个水平陀螺的常值漂移,在得到精确的水平姿态基础上,将MEMS惯性系统与电子罗盘HMR3000进行组合,在线估计方位...     

基于无迹卡尔曼的全捷联旋转弹导引信息估计

以旋转弹的全捷联导引头为研究对象,重点研究了旋转弹的全捷联导引头视线角及视线角速率估计方法。全捷联导引头的结构和传统速率陀螺导引头有较大差别,其测量系统与弹体固联,导引头只能获得弹体坐标系下的测量信息,并且测量信息中耦合有弹体姿态信息,无法直接用于旋转弹的控制制导。根据坐标系之间的转换关系建立了旋转弹惯性视线角的数学模型和视线角解耦模型,从而进一步确立旋转弹惯性视线角估计的数学模型。选用无迹卡尔曼滤波方法(UKF),设计出卡尔曼滤波器,对估计到的含有噪声信息的视线角进行滤波;最后进行数学仿真,验证了视线角估计数学模型的有效性,与扩展卡尔曼滤波方法(EKF)和容积卡尔曼滤波方法(CKF)相比,UKF对于全捷联旋转弹的导引信息估计有更高的精度。     

深度相机与惯性测量单元的相对姿态标定

为解决深度相机和惯性测量单元之间相对姿态难以直接测量的问题,提出一种通过捕捉同一手部运动来构造位移向量继而利用最小二乘法求取两传感器相对姿态的非接触式标定方法.首先描述和分析一类相对位姿时变的深度相机和惯性测量单元的相对姿态标定问题,然后使用深度相机与惯性测量单元同时捕获手部向空间任意方向摆动的运动信息,构造相应的位移向量,进而基于刚体旋转不变性原理建立求解模型,最后使用最小二乘法求取最佳相对姿态,即标定结果.为验证标定方法的准确性和有效性,一方面组织标定解算结果和白噪声仿真数据比对从而得出偏差估计的实验,结果表明标定后相对姿态偏差少于±4°;另一方面使用深度相机和惯性测量单元组成的传感系统对人手臂运动进行捕捉实验,结果表明标定后测得数据方可正确反映人手臂参数.本文所提出的标定方法原理简单、操作方便、无需接触测量或其它辅助标定设备,适用于机器人远程操纵和体感游戏设备等场景相应传感器标定中.     

基于高斯牛顿迭代的MIMU误差参数辨识

为了减小微惯性器件在制造和安装过程中出现的误差对微机械惯性测量单元(MIMU)测量精度的影响,对MIMU进行了误差参数辨识.介绍了一种新型的MIMU误差参数描述数学模型(包括零偏、灵敏度、圆锥角和方位角),提出了一种基于高斯牛顿迭代的适用于该误差参数模型的寻优方法,并利用实验室高精度转台完成了相关的参数辨识实验.仿真结果表明,与传统标定方法相比,该参数标定可以有效提高MIMU的测量精度,具有一定的实用价值.     

无陀螺微惯性测量组合的优化算法研究

无陀螺微惯性测量组合是利用线加速度计空间的组合解算法载体的角速度，同时测量载体的轴向加速度，构成惯性测量组合，应用该方法可以设计出适用的中等精度惯性导航系统，在国外学者研究的基础上改进了9加速度计的模型，提出一种新疆的解算算法，抑制了迭代误差，该算法利用传感器的冗余信息直接求得所测量的角度速度的绝对值，及时修正微分方程的解，减少了解微分方程组所带来的累积误差，降低了惯性测量组合的漂移，经过仿真计算验证了该方案的可行性。     

一种低成本地磁匹配导航方法

针对地磁匹配依赖惯性系统信息的现状,提出了仅利用磁测计和里程计的低成本地磁场定位方法.为解决搜索空间过大的问题,以遗传算法在匹配区域搜索可能的航迹.遗传算法用相关性度量作为适应度函数,并以定向而非随机方式实现变异.仿真结果显示,在仅提供地磁场测量信息与测点间距的条件下,该方法能够以较小误差有效实现任意形状航迹的匹配.     

捷联/天文/多普勒组合导航技术在舰船导航中的应用

为了提高舰船组合导航精度与可靠性,针对其特殊应用场合,将天文导航系统提供的位置和姿态信息、多普勒速度声纳提供的舰船速度信息与捷联导航系统进行信息融合,分析了捷联惯性导航系统、天文导航系统和多普勒导航系统的原理,分别建立了组合导航系统信息融合状态方程和量测方程,并对组合导航系统进行了系统仿真实验,实验结果表明,模糊自适应Kalman滤波器收敛速度快,具有一定的容错能力,在天文辅助捷联组合导航系统中可以有效地提高水面舰船组合导航系统的精度.     

考虑不确定测量的惯性平台剩余寿命自适应预测

针对现有剩余寿命预测方法未考虑测量误差引起的不确定性,且存在预测不确定性大的问题,提出了一种基于Wiener过程的退化过程建模方法,并将测量的不确定性考虑到剩余寿命预测中,推导出了剩余寿命的概率分布。为了实时更新模型参数,利用Kalman滤波算法实时估计Wiener过程中的漂移系数,并利用期望最大化算法实时估计其它相关参数。以某型号惯性平台的退化测量数据为例,进行了实验验证,结果表明,相比其它算法,文中算法能够降低剩余寿命预测的不确定性,提高预测精度。     

INS辅助的GPS快速捕获方法研究

在高动态环境下GPS信号的快速捕获对GPS接收机的性能提出了更高的要求。高速运动使接收机接收到的信号上附加了较大的多普勒频移,需要更多的时间捕获信号。通过惯导系统提供的惯性信息和星历数据估算多普勒频移,可减少搜索范围以缩短捕获时间。在分析传统的GPS信号快速捕获方法后,重点研究了惯性信息辅助GPS接收机快速捕获的方法,并对其捕获性能进行了分析,通过Matlab仿真验证该算法。结果表明高动态环境下运用该方法能够显著改善GPS接收机捕获性能,减少捕获时间。     

INS/Vision相对导航系统在无人机上的应用

提出了一种考虑视觉导航设备输出时间延迟问题的INS/Vision相对导航方法,推导了长机与僚机之间的相对惯导方程.给出了长机与僚机之间相对视线矢量测量原理,僚机上设置若干特征光点,长机上的视觉导航设备通过对特征光点观测,得到相对视线矢量.应用扩展卡尔曼滤波融合相对惯导信息和相对视线矢量信息,估计出长机与僚机之间的相对姿态、相对速度和相对位置.针对视觉导航设备量测量存在时间延迟的问题,给出了延迟后量测量与惯导信息融合的方法,最后通过仿真研究证明了该相对导航方法的有效性.     

基于组合导航技术的管道地理坐标定位算法

针对长输管道地理坐标定位问题,提出了一种基于组合导航技术并应用管道磁标处地理信息进行分段修正的管道地理坐标定位算法.该算法基于惯导/里程仪组合导航的基本原理,应用误差模型对航迹误差进行修正.通过研究陀螺仪和里程仪的误差特性,建立了陀螺仪和里程仪的误差模型,针对低精度加速度计应用于惯性导航系统时存在速度和航迹解算误差较大的问题,提出了应用加速度信息对里程仪速度进行修正的速度解算方法.实验结果表明,算法解算所得位置误差为0.16%,可为长输管道提供三维地理坐标定位信息.     

针对非合作目标的中距离相对导航方法

提出了一种自由飞行机器人在中距离(几千米至几十米)范围内对非合作目标的导航方法,基于视觉导航相机和激光测距仪的组合测量方案,结合姿态敏感器和惯性器件的测量信息,通过推广Kalman滤波方法来估计自由飞行机器人与非合作目标的相对位置和速度信息。在近共面轨道和中距离接近的假设下,给出了一种简化的导航算法,在目标轨道参数未知的情况下也可以进行相对运动参数的估计,从而降低了算法的复杂性和运算量。仿真结果验证了上述导航方法和算法对非合作目标中距离相对导航的有效性,并获得了较好的导航精度。     

基于ICA的步进频率探地雷达目标信息提取研究

基于独立成分分析较强的信号分析能力,提出了一种针对步进频率探地雷达的独立成分分析与中值滤波处理相结合的目标信息提取方法,从进频率探地雷达回波信号中提取出目标信息。通过对实测数据的处理,结果表明该方法取得了较好的效果。     

基于DSP与FPGA的靶标动态检测跟踪技术

针对靶场目标测试面临的测量目标小、距离远、目标与背景对比度低等实际问题,提出了基于DSP（Digital Signal Processing）与FPGA（Field Programmable Gate Array）的数字视频图像信息进行目标动态检测跟踪的方法。该方法采用了图像分割检测方法与目标跟踪算法,精确并快速地定位靶标十字的中心,从而实现复杂环境下运动靶标检测跟踪,提高了检测效率和精度。