基于FPGA的光泵磁梯度仪频率测量方法

磁梯度测量可以在一定程度上消除地磁日变对测量结果的影响,相比于地磁总场探测具有更高的分辨率,在地质勘探、地球物理以及国防军事方面都具有较高的应用价值.本文提出的测量仪以铯光泵磁力仪作为探头,由FPGA搭建采集系统,实现了磁场数据的测量、显示与存储.对现有铯光泵采集系统的频率测量算法进行改进,提出数字插值与移相结合的测频方法,在保证频率测量采样时间的前提上提高了测量精度,减小了测量误差.之后测试了测频模块的精度误差以及探头的一致性等指标.最后通过磁异常探测实验证明磁场梯度测量相比于磁总场探测可以更清晰的反应磁异常的位置大小等信息.     

基于GPS同步的新型低温超导磁力仪

针对地球物理勘探中高精度磁场测量以及远距离数据同步的需求,本文基于低温超导量子干涉仪和图形化系统开发平台构建了一种可通过GPS同步的新型磁力仪,并可采用简便的直读方式进行磁场测量.首先介绍了新型低温超导磁力仪的工作原理,并重点阐述了由其程控直读电路以及软硬件设计方案;然后在分析影响超导磁力仪数据同步因素的基础上,给出了GPS同步实现及其同步精度标定的方法;最后在良好的磁屏蔽环境中对超导磁力仪的性能以及电磁兼容进行了评估,并对影响其同步的相关因素进行了测试和标定,试验表明传感器的本底噪声约为6 fT/ Hz@1 kHz,数据同步精度可达1 ms,满足实用要求.     

基于GPS与无线电的时间同步系统设计

在水中漂浮式传感器阵列铡试系统中,为了对被测对象进行准确的测试,多传感器数据融合非常重要,而时间同步是实现多传感器数据融合的必备条件之一;为了提高时间同步精度,利用单片机Atmega162和Xilinx公司的Coolrunner2系列的CPLDXC2C256作为控制核心,RSB-4H模块接收GPS信号,NRF905进行无线数据收发,通过软件、硬件设计,开发出基于GPS和无线电的时间同步系统;实验结果表明,各传感器节点之间的事件同步触发误差达到了微秒级,并具有很高的可靠性,可以广泛使用.     

氦光泵磁力仪中磁敏传感器的研制

介绍了应用于氦光泵磁力仪的磁敏传感器的工作原理,分析并讨论了该传感器的研制过程,给出了研制该传感器的一些重要参数.另外,为了能够缩短激励时间,提出了一种用于激励氦光源的新方法.实验表明,利用所制传感器可获得磁共振信号的直流分量大于16 V,幅度约为400 mV,共振线宽小于150nT.配合本实验室研制的检测电路,获得的被测磁场数值与已有的磁力仪获得的数据基本一致.     

基于多地磁传感器的车辆位置检测系统设计

系统通过在路面下安装多个地磁传感器检测车辆在路面的实时位置。地磁传感器与微处理器集成为信号处理模块,信号处理模块采集地磁传感器数据并在滤波后发送给数据处理模块。数据处理模块通过车辆经过路面时地磁传感器数据的变化来分析计算得出车辆的位置。通过对实验测得数据进行曲线拟合得出车辆位置与传感器差值之间的关系,进而推导出车辆的位置,其两轴精度达到10 cm。此外,设计的系统还可以测得车辆的速度和前进方向,并有望在智能公路方面应用于自动驾驶。     

联合GNSS的分布式传感器数据同步采集方法研究

感知数据时间维度上的一致性是多源数据融合模型科学性保障的关键参数之一,本文面向铁路沿线地质灾害监测场景内多传感器数据融合应用中时间参数一致性的具体需求,提出联合GNSS构建时间高度统一的分布式传感器数据同步采集方法。在基于GNSS模块实现秒级时间定位和微秒级时间测量基础上,构建基于GNSS脉冲信号驱动下的数据同步采集机制,确保信号采集与GNSS卫星内置原子钟时间的高度一致性。实验结果表明,本文提出的数据采集方法可确保多源感知数据时间统一性,为地质灾害预测系统决策科学性的提升奠定基础。     

射频直采GNSS数据采集系统的设计与实现

通过射频直接采样技术,使用分路滤波和带通采样方法,实现了对多路射频信号的同步变频,并基于以太网络实现了采集数据的同步传输.实验结果表明,系统能够连续地采集多个射频通道的数据,并通过对L1、L2、L5等不同频点GPS信号的捕获验证了系统的正确性.     

一种简易通用的敲击触发式惯性导航系统时间同步装置设计方案

科学研究与工程实践中常需要利用多种传感器协同工作获取被测目标的动态信息,此时对不同传感器采集的数据进行时间同步是必要前提。提出了一种以“敲击-脉冲”信号为媒介的时间同步方案,通过能够在敲击瞬间产生脉冲信号的时间同步装置实现惯性导航系统等运动传感器与其他脉冲同步传感器的时间同步,并通过实验验证了其可行性和时间同步精度。与传统的硬件方案或软件方案时间同步技术相比,本方案通用性极强,开发工作量小,操作简单方便,适用于对时间同步精度要求不高的传感器或系统的快速试验评估。     

基于Spline插值的分布式多速率数据帧扫描同步重构技术

提出一种基于Spline样条插值的同步重构技术,实现分布式多速率数据帧的扫描同步.该技术在分布式测控网络系统中出现多种不同采集速率和/或不同起始时刻的测量情况时,能有效地把这些测量数据转换为相同帧速率的数据,从而实现采集数据的同步.最后通过两个数值仿真实例验证了Spline插值的同步重构技术有效性和准确性.     

一种多传感器融合的室内三维导航系统

提出了一种多传感器融合的室内三维导航系统,利用了建筑物内的地磁信号,结合转向角传感器记录转过的角度、气压传感器检测用户所处环境中楼层高度,采用众包思想收集数据进行地磁地图的构建,使用地磁指纹匹配技术实现室内任意位置的定位及导航.相比基于WiFi和蓝牙的室内导航系统,基于地磁的室内导航系统不需要任何基础网络设施,应用广泛、灵活,实现成本低.通过在智能手机上部署系统进行实验性能评估,结果显示最高精度达到1 m以内,有95%的导航误差在3m之内,平均误差不超过2m,证明其有良好的定位功能并适用于一般大型建筑物.     

基于DSP与FPGA的嵌入式组合导航计算机系统设计

为了满足SINS/GPS组合导航系统高精度、低功耗、小型化的需求,设计出基于DSP和FPGA架构的嵌入式导航计算机平台。首先,描述了导航计算机系统的总体架构,提出了导航计算机硬件总体设计方案,并阐述了导航信息处理模块和数据采集通信模块;其次,设计了Kalman组合滤波器,描述了组合导航系统软件流程;最后,进行样机实证试验。实验结果表明,该系统可以实时高效完成外围传感器信息数据采集、实时导航解算、Kalman滤波、上位机的指令读取等任务,满足SINS/GPS组合导航系统对导航计算机的性能需求。     

基于虚拟仪器的卫星磁测试系统设计

根据卫星剩磁测试及磁矩计算的需求,开发了一种基于虚拟仪器的磁测试系统。该系统利用NI PXI硬件平台,通过数字万用表和开关模块的配合,完成对磁通门传感器信号的采集,相对于并行采集可极大减少实际的通道数,降低硬件成本。在LabVIEW平台下开发了测控软件,实现测试过程控制、磁矩计算及数据分析。该测试系统可用于对卫星、单机等航天器进行剩磁测试,为航天器的轨道控制设计提供重要依据,具有可靠性高、使用方便灵活、开发周期短等优点。     

MIMU/GPS组合导航系统小型化设计

为满足小型无人机、手持制导设备及无人探测车等对低成本轻重量导航系统需求,应用MEMS惯性测量单元和GPS接收机模块,完成MIMU/GPS组合导航系统小型化设计。组合导航计算模块基于DSP+FPGA+FLASH设计完成,实现多传感器通信、串并行数据转换及与上位机人机交互等功能。将计算模块、电源模块、MIMU及GPS接收机集成到嵌入式MIMU/GPS组合导航系统中,完成的系统直径80 mm,高度80 mm,质量不超过600 g。对集成后系统进行定点动姿态实验,结果表明:该组合导航系统定点位置测量精度在1 m以内,动姿态测量精度姿态角在0.1°以内,航向角在0.5°以内。     

SINS／GPS组合导航系统电路设计

介绍了基于微机械惯性器件和全球定位系统(GPS)的组合导航系统电路设计。根据组合导航系统工作的特点和控制的要求,设计了基于TMS320F2407的信息采集处理模块和基于TMS320VC33的组合导航计算模块,给出了以双口RAM作为共享存储器的设计方案。实际应用表明,该电路设计方案达到了导航系统的指标要求,并具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等诸多优点。     

基于磁阻传感器的地磁数据采集装置

传统的姿态测量方法一般应用陀螺、加速度计或者与GPS组合对载体参数进行数据采集,但是由于成本高、器件精度与结构水平的限制,现在已经无法满足现在复杂的作战环境.提出应用三维磁阻传感器采集地球磁场三维磁场强度,然后经过放大、处理,最终得到理想的地磁数据.经过实验测试,采集装置能够获得理想的地磁信号.     

基于信息融合的组合导航系统研究

针对GPS接收机在高机动工作状态或受遮挡时易出现“丢星”现象而导致定位中断的问题,提出了一种采用GPS／GLONASS／INS组俣导航系统对载体进行快速定位、定向的新方法。文中首先总结了GPS导航系统的不足,在此基础上给出了组合系统的设计方案和工作原理,然后对基于联合卡尔曼滤波的多传感器信息融合算法进行了论述与分析,最后给出了计算机仿真。结果表明：该方法可有效地提高导航系统的精度和可靠性,为融合导航系统的数据分析和处理提供了一个有效途径。     

低成本IMU/GPS组合导航系统设计

纯惯导数据自主性强、更新率高、实时性好,但系统误差会随时间积累。GPS将误差限制在一定范围内,但数据更新较慢,易受外界干扰。以IMU、GPS和磁航向计构成的低成本组合导航系统已成为目前研究的热点。本研究构建了低成本小型航姿系统。为了更好地满足工程需要,增强系统的实时性,考虑到时间延迟对系统的影响,设计10维卡尔曼滤波器用于导航计算,实测跑车并对数据进行仿真。初步结果表明,所构建的组合导航系统精度和稳定性均满足导航要求。     

基于ZigBee的无线MI磁强计

在现有医疗磁导航系统和地磁数据的信息检测中,针对磁场测量中遇到的有线传输布线困难及操作不便等情况,利用ZigBee无线收发芯片(CC2430)组成的信息无线传输模块,给出了一种磁场检测无线传输解决方案;在此基础上,通过实验测量,验证ZigBee无线模块对磁感(MI)传感器输出产生影响;确认实际干扰的存在,并将其值量化,提出一套消除无线传输对MI传感器影响的解决方案。     

装备嵌入式信息中心系统研究与实现

装备嵌入式信息中心系统以未来信息化战争条件下装备的网络化保障的需求为背景,研究适应于未来战场的,能够提供装备一体化通信,状态监测、智能导航、故障诊断等功能的综合信息系统;该系统的研究突破了基于多传感器数据融合的状态监测技术、基于GPS和GIS的智能导航技术、多级故障诊断等多项关键技术;目前,信息中心系统已经在实验室环境下完成了小型一体化网络的构建工作,并在此基础上,完成了系统的功能和性能测试;试验结果表明,该系统已经具备进一步开展工程化研制和应用推广的水平和条件.     

基于TMR磁传感器的电力系统大电流测量

针对传统电力系统大电流测量方法存在体积大、测量范围窄、数字化程度低的问题,提出了一种新型的基于隧道磁电阻（TMR）磁传感器阵列测量大电流的方法。叙述了TMR效应和传感器的测量原理,利用磁传感器测量输入-输出特性,推导出电流测量数学模型,建立了磁传感器安放拓扑结构,解决了三相电流磁场相互干扰情况下电流测量不精确问题。以10kV高压开关柜为基础,设计出一种实验系统对测量模型进行验证。对采集数据进行拟合分析,得到影响磁传感器测量精度的2个因素：传感器安放位置和测量范围。通过对安放位置进行优化,确定磁传感器最佳放置位置。计算结果表明：TMR磁传感器具有很好的精度,能够达到测量要求。