基于QEKF的四旋翼飞行器姿态估计

提出了一种基于四元数扩展卡尔曼滤波(QEKF)数据融合算法,应用于四旋翼飞行器的姿态估计。首先,用四元数表示航向姿态参考系统(AHRS)中的坐标旋转关系,获取飞行器的姿态信息;然后,结合扩展卡尔曼滤波算法,融合低成本的MPU9250中陀螺仪、加速度计、磁力计传感器的9轴原始输出数据,对飞行器的真实姿态进行跟踪估计;最后,通过MATLAB实验仿真,与互补滤波(CF)和梯度下降法(GD)算法进行比较,实验证明QEKF对姿态的估计更加精准。     

四旋翼飞行器导航系统的数据融合方法

以时间戳对准和故障诊断技术为核心,根据四旋翼飞行器在执行任务时的实际需要,设计了组合导航系统。该系统搭载微机电系统(MEMS)的加速度计和陀螺仪,MEMS气压计和GPS传感器。首先设计预测器对GPS的数据进行时间戳对准,使得GPS的数据和惯导(INS)的数据同步;其次用量测数据(GPS和气压计)与INS数据进行故障诊断,防止量测数据跳变以及惯导数据误差的持续增大;最后采用基于时间戳对准和故障诊断的扩展卡尔曼滤波器设计组合导航系统,从而估计出四旋翼飞行器的位置和速度信息。     

四旋翼飞行器姿态估计方法

针对四旋翼飞行器姿态估计中传感器由于旋翼振动带来的测量误差,通过卡尔曼滤波方法融合加速度计和陀螺仪的测量数据来提高姿态估计精度,减少因载体振动带来的噪声并解决陀螺漂移问题。先分析了惯性器件误差类型,然后建立了三自由度的系统模型并用Matlab进行仿真分析,再利用带有螺旋桨的实验台验证方法的可行性。实验结果表明,姿态估计误差在2°以内且没有随时间的增长而增大,基本满足四旋翼飞行器姿态估计的实时性、廉价性、高精度等要求,该方法可以成功应用于四旋翼飞行器的姿态控制,抑制噪声干扰,为稳定的自主飞行创造条件。     

四旋翼飞行器平衡传感器数据 处理方法探讨

四旋翼飞行器的制作与研究日渐火热,而且其应用价值日渐凸显,当今四旋翼飞行器大都使用飞控板控制,其优点是操作简单,稳定性比较好,但好多的复杂功能无法自定义,仅仅能使用其固有的动作。源于市面上飞控板的这一点不足之处,我们团队设计出了具有自主特色的控制思路,本文重点讲解一下我们在研究过程中的角度平衡的数据处理思路与方法。     

四旋翼飞行器自主航行的设计

基于四旋翼飞行器设计了一套自主航行系统。介绍和分析了该系统的硬件构成及GPS和电子罗盘相结合的导航原理,阐述地面站软件的工作过程。为使系统具有很高的精确度和实时性,导航地面站软件利用Google Earth API接口快速导入电子地图;通过XBee模块无线传输预设航线和反馈飞行器的位置信息,以此实现飞行器的自主航线飞行及对飞行器位置的实时跟踪。     

基于DSP的四旋翼飞行器视觉导航避障系统研究

国内外学者对无人机技术进行了大量研究,特别是在对无人机的控制和自主着陆等方面的研究有了丰硕的研究成果。但针对无人机如何有效规避障碍物这一问题依旧值得深究,特别是在大城市,无人机在作业时会遇到很多复杂的地形和大大小小的障碍物,避障这一问题在没有得到根本解决前就依旧需要寻找更行之有效的解决措施。一方面为了弥补GPS全球定位导航局部分失效的缺点(如在建筑物密集地带和在室内作业),另一方面为了代替INS惯性导航系统漂移误差的影响,该项目中将光流避障算法理论应用于视觉避障的研究,让无人机能精准的避开障碍物,这一技术经过多次测试并不断完善,有希望成为无人机发展的新突破。     

四旋翼飞行器系统设计

四旋翼是一种具有四个螺旋桨的飞行器。文章分为两个部分介绍四旋翼的设计,第一部分介绍了四旋翼飞行控制器的硬件电路设计,主要包括STM32F103最小系统、数据采集模块、通信模块、电源管理模块和辅以调试的遥控系统的电路设计;第二部分介绍了四旋翼飞行器系统软件的设计,主要包括电源监测、姿态解算、PID控制及无线调试平台的实现。经过多次的测试与分析,该系统达到了可靠控制、飞行稳定的要求。     

旋翼飞行器抗风扰控制器设计与风场环境建模

为解决旋翼室外飞行时,受风场干扰而无法稳定飞行的问题,该文通过建立风场环境下的旋翼动力学模型,设计了双自适应衰减扩展卡尔曼滤波算法;该算法的自适应衰减因子可减小陈旧数据对当前滤波值的影响,而算法的自适应协方差调整因子可实时调整噪声协方差;算法采用上述双自适应因子与PID位置控制器结合建模飞行器控制器。为进一步验证算法的有效性,该文在分析紊流风场和阵风环境模型的基础上,进行了3D风场环境仿真建模研究,同步实现了四旋翼在风场环境中的飞行姿态可视化分析;实验结果表明,控制器的均方根误差约减少了82%。该文在验证抗风干扰控制算法有效性的同时,可降低飞行控制器实验验证成本。     

基于DSP的四旋翼无人飞行器控制系统

本文以四旋翼飞行器为研究对象,以TMS320F28335为核心,搭建飞行器硬件平台,实现四旋翼飞行器的姿态控制。详细介绍了控制系统硬件设计方法,采用基于RBF神经网络整定的PID控制策略,最终实现了飞行器的垂直起降、稳定悬停和便携设备超远程控制。     

四旋翼自主飞行器跟踪系统设计

此飞行器跟踪系统是针对四旋翼飞行器具有图像采集处理、目标追踪、姿态控制以及定高飞行的要求进行设计的。该系统采用RX23T和STM32f407VG作为系统的主控芯片, MPU6050三轴陀螺仪作为飞行姿态反馈机构。定高飞行是通过超声波模块实时采集的对地高度数据, 并由STM32f407VG进行处理, 然后根据程序设定的高度值实时调节无刷电机的转速。摄像头进行图像信息采集, 图像通过RX23T对目标的颜色进行识别反馈给STM32f407VG进行处理, 最后调节电机转速以达到目标追踪。测试结果表明, 该系统定性与准确性达到设计要求。     

四旋翼飞行器设计与平稳控制仿真研究

近年来,军用和民用市场的广阔应用需求和独特的优势促进了四旋翼飞行器(Quadrotor Helicopter)的发展。根据自主设计制作的样机,建立了四旋翼飞行器的动力学和动力系统动力学模型,并把卡尔曼滤波器应用于姿态解算,PID控制器用于姿态控制。仿真和试飞结果表明,所提出的控制策略是可行的,验证了动态模型建立的有效性。     

Error‐resistant RFID‐assisted wireless sensor networks for cardiac telehealthcare

Wireless transmission of a patient's electrocardiogram (ECG) signals can be used to reduce cardiac healthcare cost. However, wireless transmissions have high error rates due to radio interference. The ECG signal, where every second of data could mean abnormal patterns, cannot tolerate such losses. Due to this healthcare crisis, the ability for a device to remotely monitor a patient's medication intake and transmit accurate ECG readings, while being cost efficient, is a major innovation. In this research, we integrate a multi‐hop wireless sensor network (WSN) with radio frequency identification (RFID) readers. Our system has two distinct features: (1) remotely supervise patient medication intake via RFID technology, and (2) accurately and remotely transmitting a patient's ECG by adopting extended Kalman filter (EKF) for wireless error recovery. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

通道式偏振遥感器偏振定标方法研究

通道式偏振遥感器可获取目标光谱辐亮度、偏振度和偏振方位角等多维度信息,是目前最常用的偏振遥感探测的主要仪器类型之一。介绍了通道式偏振遥感器偏振定标的原理,根据矩阵光学理论和辐射度学理论,构建新的Stokes矩阵,从光谱维建立完善的偏振定标模型,分析了需要定标反演的参数,并给出了相应的定标方法,可为类似的通道式偏振遥感器的偏振定标工作提供参考。     

EKF、UKF、PF目标跟踪性能的比较

雷达系统的非线性目标跟踪已被人们广泛重视。扩展卡尔曼滤波器（EKF）是将卡尔曼滤波器（KF）局部线性化，其算法简单、计算量小，适用于弱非线性、高斯环境下。不敏卡尔曼滤波器（UKF）是用一系列确定样本来逼近状态的后验概率密度，在高斯环境中，对任何非线性系统都有较好的跟踪性能。粒子滤波器（PF）是用随机样本来近似状态后验概率密度函数，适用于任何非线性非高斯系统。文中通过仿真实验，对三者的性能进行了仿真比较，结果证明在复杂的非高斯非线性环境中，粒子滤波器的性能明显优于另外两种滤波器，但计算复杂，耗时长。     

适合处理乘性噪声估计卫星姿态的非线性迭代滤波算法

针对带乘性噪声的星敏感器/陀螺非线性卫星姿态确定系统,提出了一种迭代MEKF(Iterative Multiplicative Extended Kalman Filter)姿态估计滤波算法.通过对带乘性噪声的非线性卫星姿态确定系统的状态方程和测量方程进行二次线性化迭代,并基于线性最小方差准则和投影公式,导出了姿态状态...     

基于小波和扩展卡尔曼的心电检测

文中将小波变换和扩展卡尔曼滤波器相结合,利用小波变换多尺度多分辨的特点,将心电信号进行分解。然后对心电信号在各尺度上进行扩展卡尔曼滤波。最后在扩展卡尔曼滤波的输出结果上进行QRS波形检测。文中方法经MIT-BIH心电数据库检验,QRS波Se（探测灵敏度）在99.40%以上,同时,QRS＋P（正探测率）在99.39%以上,提高了心电信号检测的正确率。     

BP神经网络在车辆组合导航中的应用研究

针对车辆GPS/DR组合导航系统在GPS信号被遮挡时无法完成DR零点更新的问题,提出了基于BP神经网络的DR位置误差预测模型来解决该问题。在GPS有效时,该算法采用基于平稳小波变换的扩展卡尔曼滤波器对GPS/DR信号进行数据融合得到车辆实时的精确位置,与经平稳小波变换软阈值模平方去噪法处理的DR位置数据进行平稳小波多尺度比较获得DR位置误差;然后用BP神经网络建立DR位置误差预测模型,为了提高所用网络的泛化能力,采用了贝叶斯正则化规则训练网络。在GPS失效时,利用已建立的预测模型预测DR位置误差来修复DR位置数据,实现车辆行驶在复杂路径下的实时精确导航定位。仿真表明,该算法对车辆GPS/DR组合导航系统有效。     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术,提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差,特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合,其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求,研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术,保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作,而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0~200℃内,达到了±0.5℃测量精度。     

抗恶劣环境的保偏光纤温度传感器

基于应力型保偏光纤传输常数差对温度的敏感性并利用偏光干涉技术，提出了一种反射型保偏光纤温度传感器并推导出传感方程。在传感器中采用宽谱光源抑制了输入/输出光纤中偏振耦合引起的误差，特性分析表明这种传感器实用、精度高并且配置灵活。实验结果与理论完全吻合，其噪声等效可探测温度精度达0.01℃。根据大型电力变压器的绕组温度监测要求，研制出一套远程多路温度传感器系统。采用特殊的涂覆和密封石英毛细管封装技术，保证光纤传感头能在热油及250℃的高温下工作，而且具有很高的绝缘性。检测结果表明传感器在0-200℃内，达到了±0.5℃测量精度。