海洋传感器的内嵌陀螺仪偏航角校正方法

海洋传感器通常工作在复杂的磁场环境下,其姿态检测系统一般使用陀螺仪确定偏航角输出。针对短时部署的海洋传感器,分析了MEMS陀螺仪的偏航角漂移误差模型,并在对陀螺仪原始数据补偿的基础上,给出了随机漂移的拟合估值与补偿方法,以提高陀螺仪偏航角输出在一定时间内的精度。使用高精度平台进行实验,结果验证了该补偿校正方法的有效性。     

基于重力四元数的陀螺漂移估计与补偿

为提高钻探中的钻具姿态测量精度,提出一种基于重力四元数的MEMS惯性随钻姿态测量方法.采用MEMS惯性器件构建钻具姿态测量系统,把加速度计数据解算的姿态四元数作为观测四元数,陀螺仪数据解算的姿态四元数作为误差四元数;然后将陀螺仪漂移融入误差四元数,建立重力四元数估计陀螺仪误差四元数的模型,采用最小二乘法估计陀螺仪三轴漂移,进而补偿陀螺仪姿态四元数;通过补偿后的姿态四元数解算出钻具姿态.最后设计了转台、振动台实验和钻进模拟实验,实验结果表明,姿态四元数补偿后的井斜角和工具面角漂移由平均10 °/h减小到约0.2 °/h,方位角误差由平均12 °/h减小到约0.46 °/h,实现了加速度计补偿陀螺的三轴漂移,表明该方法能够有效提高钻具的姿态测量精度.     

基于Kalman滤波算法的陀螺仪动态漂移补偿研究

应用MEMS陀螺仪测量人体手臂运动姿态时,针对陀螺仪受线加速度干扰导致测量姿态发散的问题,提出基于Kalman滤波算法的姿态误差补偿方法;该方法首先将陀螺仪采集到的角速度通过方向余弦算法解算得到姿态角,并将陀螺仪动态漂移造成的姿态角误差视为时变信号,通过建立姿态角漂移误差的状态方程及观测方程,应用卡尔曼滤波算法,实现对姿态角漂移误差的估计,最终达到对陀螺仪动态漂移误差的补偿;实验与仿真结果表明,应用该算法能够有效的抑制线加速度干扰导致的陀螺仪测量的姿态发散,适用于陀螺仪对人体手臂运动姿态的测量。     

基于陀螺仪的随钻姿态测量新算法

水平定向钻进中钻具姿态的实时测量是实现导向的关键因素。针对已有算法的不足和缺点,采用陀螺仪进行钻具倾角、方位角和工具面向角的测量,推导出了相应的姿态角计算公式。同时针对测量过程中存在的陀螺仪漂移误差,采用四元数全姿态互补滤波算法,利用加速度计和磁强计对陀螺仪进行补偿,给出了详细的理论分析和计算过程。实验结果表明:基于传感器组合的四元数全姿态互补滤波算法能够有效地消除陀螺仪漂移误差,获得的方位角测量精度优于±0.3°。     

改进互补滤波在六旋翼飞行器中的应用

针对目前大多数消费级六旋翼飞行器捷联惯性导航姿态解算中,低成本微机电系统(MEMS)器件易发散而导致的姿态漂移问题,提出了一种基于改进一阶互补滤波的姿态解算算法,利用MEMS传感器中加速度计补偿陀螺仪偏差引起的姿态漂移误差,并针对非匀速运动引起的较大误差引入了比例—积分(PI)控制器,用修正后结果代替互补滤波的加速度计输入,从而提高非匀速运动下姿态解算的精度.基于嵌入式处理器STM32,以MPU6050为姿态测量单元的六旋翼飞行器实验平台实验表明:算法计算量小、估计精度高、实时性好,易于在低成本飞行器控制系统中实现.     

基于多传感器的智能车辆姿态解算方法

针对智能车辆主动环境感知的需求,提出了一种采用三轴加速度计、三轴磁强计和三轴陀螺仪组合进行车辆姿态解算的方法.首先以旋转矢量法为陀螺仪的车辆姿态解算方法,作为扩展卡尔曼滤波的状态方程,用于车辆姿态的预测;其次以高斯牛顿法为加速度计和磁强计的车辆姿态解算方法,作为扩展卡尔曼滤波的观测方程,用于车辆姿态校正;然后在此基础上构建扩展卡尔曼滤波传播方程,采用扩展卡尔曼滤波进行多传感器信息融合,得到车辆的姿态解算结果;最后通过构建实车测试环境对解算方法有效性进行验证.实验结果表明,通过基于多传感器的车辆姿态解算方法解算得到的车辆姿态角稳定、准确,能够满足智能车辆行为参数估计的实际需求.     

卡尔曼滤波在两轮自平衡代步车姿态检测中的应用

介绍了一种MENS加速度计、陀螺仪与嵌入式微控制器相结合的两轮自平衡代步车姿态检测系统。针对加速度计和陀螺仪测量分别存在噪声干扰和随机漂移误差,采用卡尔曼滤波实现传感器数据融合,补偿传感器测量误差,得到车体姿态的最优估计。将该算法移植到姿态检测系统的微控制器中,测试结果表明卡尔曼信息融合可以有效提高系统检测精度。     

基于多传感器的行人航向推算算法研究

针对室内行人航位推算(PDR)系统中单一地以陀螺仪作为航向估计会出现误差累积和航向角偏移的问题,提出一种由方向传感器和陀螺仪组合的航向角校正算法。首先,利用卡尔曼滤波（Kalman Filter KF）分别消除方向传感器的信号干扰和陀螺仪的动态漂移误差;然后,通过陀螺仪和方向传感器测量的航向角差值是否超过阈值来判断是否存在硬磁场干扰;最后,根据硬磁场干扰情况对航向角估计值进行相应的角度补偿得到新的航向角估计值。实验表明,该算法的航向推算性能优于启发式漂移消除算法和增强式启发式漂移消除算法。     

液压支架姿态角度测量系统

针对采用单一角度传感器实现综采工作面液压支架姿态角度监测时测量结果不准确的问题,提出了一种基于倾角传感器和陀螺仪的液压支架姿态角度测量系统。该系统采用SVT626T型倾角传感器和ML7100型三轴陀螺仪测量倾角和轴向偏转角度,并以俯仰角为例,用卡尔曼滤波对2种传感器测量的角度进行数据融合。Matlab仿真及实验结果表明,该系统有效解决了倾角传感器因顶梁变加速运动导致的测量误差和陀螺仪因长时间测量导致的漂移和误差累积问题,提高了顶梁姿态角度测量精度。     

四旋翼无人机姿态控制分析及其研究

对无人机的姿态角实时准确解析是其能实现稳定飞行的关键.首先根据姿态解析原理引出加速度计和磁力计两种传感器直接定姿的方法,然而这两种方法在实际应用中都会产生较大误差,其中陀螺仪会产生漂移误差,而加速度计动态性能较差,对它们的输出信号进行频域分析发现噪声信号表现在不同频段上,针对这一特点,融合加速度计和陀螺仪各自的优点,提...     

A self-calibration method for error of photoelectric encoder based on gyro in rotational inertial navigation system

As a precision goniometer, photoelectric encoder plays an important role in rotational inertial navigation system (RINS). The encoder is used to measure the rotate angle of rotating mechanism for attitude calculation and feedback of motor control. However, the experiment shows that there are position-related errors in the encoder output, so calibration is necessary in high precision applications. This paper presents a calibration method designed by the characteristics of encoder errors and the structure of a tri-axis RINS. In RINS, the gyro sensitive axis can be coincided with the motor axis by gimbals rotation, and then the gyro and the photoelectric encoder measure the same angle, so the error can be calculated as the difference between the encoder output and the integral of gyro output. The error will be analyzed through Fourier method, then the error will be fitted by least squares method and a harmonic model will be established. The verification experiments demonstrate that the angle measurement error is reduced from ± 40″ to ± 2″, and the attitude output error drops 75″. The calibration method is proved to be experimentally effective.

     

SINS/CNS组合导航系统陀螺在线标定技术

陀螺仪长时间工作时,由于环境变化等因素,会产生陀螺漂移、标度因数误差和安装轴不正交误差,而且由积分得到的姿态参数信息误差也会相应变大,因此需要对陀螺进行在线标定。借助CNS提供的高精度姿态信息,基于四元数误差建立陀螺在线标定模型,采用卡尔曼滤波器对SINS/CNS组合导航系统陀螺在线标定技术进行仿真研究。仿真结果验证了该算法的有效性,能够估计误差模型中的所有参数,并且满足标定精度要求,具有工程应用价值。     

基于EKF的航天器姿态确算法定及精度分析

采用陀螺和星敏感器组合的方式来进行航天器姿态确定。首先建立了陀螺和星敏感器的测量模型,选择以四元数作为描述航天器姿态的参数,详细推导了在小偏差下以误差姿态角和陀螺常值漂移误差为状态量的滤波状态方程,并且以星敏感器的测量残差作为量测量,采用扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）算法进行姿态确定;然后进行了仿真分析,仿真结果表明：该算法可以达到较高的姿态确定精度;最后对影响姿态确定精度的硬件因素和软件因素进行了定量的数据分析,得出了有一定意义的结论,从而为工程实践提供理论支持。     

激光陀螺捷联惯导系统中整周期采样的修正研究

在圆锥运动环境下,若抖动偏频激光陀螺采用整周期采样抖动解调方式,将会引起严重的捷联惯导姿态算法漂移误差。提出了在整周期采样电路上进行少许改动,就能作出有效改进的方法,并详细推导了线性外推修正的算法公式。仿真结果表明,当姿态更新采用等效旋转矢量二子样算法时,利用线性 抛物线外推修正的效果非常显著,它能有效抑制整周期采样造成的姿态算法漂移误差,达到与理想采样的漂移误差非常接近的程度。研究结果有利于拓展整周期采样的应用范围。     

一种天文/惯性导航系统组合模式的研究

本文以姿态误差四元数与陀螺漂移误差之间的关系为基础,构建了系统状态方程;针对天文/惯性组合导航系统,以姿态四元数误差为观测值,具体推导了系统量测方程。利用卡尔曼滤波,对天文/惯性组合系统的融合方案进行了仿真,仿真结果较好的实现了对陀螺漂移误差的估计。     

基于最大熵卡尔曼滤波的机载SINS星敏感器辅助空中标定技术

为增强机载捷联惯导系统（SINS）在自标定过程中的可观测性,提升陀螺仪漂移和加速度计零偏估计的速度和精度,引入星敏感器姿态信息和GPS速度信息,辅助完成捷联惯导系统的空中标定。同时,考虑在实际空中飞行条件下,受气流、电磁干扰等影响,姿态和速度的量测噪声呈非高斯分布且噪声统计特性不精确,导致经典卡尔曼滤波性能降低。为有效利用量测信号中的高阶矩信息,在卡尔曼滤波中采用最大熵准则代替最小均方误差准则,对星敏感器辅助下的机载捷联惯导系统的误差进行标定。仿真结果表明,经最大熵卡尔曼滤波后,惯性器件误差的标定精度明显提升;在采用星敏感器后,对陀螺仪漂移的标定速度和精度都得到了提升。     

Improved calibration method for SDINS considering body-frame drift

A calibration method for a strap-down inertial navigation system (SDINS) is presented here. The body-frame drift induced by the variation of the accelerometer sensing axe due to temperature changes is an important source of navigation error not considered in conventional calibration methods. In this paper, we propose an advanced calibration method that can compensate for SDINS error sources including not only bias, scale factor, and misalignment but also the body-frame drift by utilizing a 2-axis turntable. The body-frame drift is estimated using horizontal accelerometer measurements during a calibration procedure. Simulation results show that the body-frame drift behaves like an additional gyro bias error and that the proposed calibration technique can significantly improve pure navigation performance by removing the effect of body-frame drift.     

FOG双轴旋转六位置现场标定方法

光纤陀螺的制造工艺决定陀螺的漂移、刻度因数等参数随着运行时间的增加发生变化,必须定期进行陀螺重标定。实验室的传统标定方法依赖于高精度三轴转台,不能满足现场标定的要求。针对现场标定条件,必须降低标定对于姿态基准的要求。针对该问题,分析旋转机构误差调制机理,充分利用旋转机构,以输入角速率变量为基准,给出一种适用于现场标定的六位置标定方法。以自制的光纤陀螺为研究对象,实验结果表明:该方法与传统实验室标定方法精度相当,缩短了标定时间,有效地降低了标定对转台的依赖。     

基于平台和正六面体的惯导系统现场标定技术

针对外场条件下的激光捷联惯组的标定问题,设计了一种适合外场标定的方案.在进行单一位置捷联惯导误差可观测性分析的基础上,提出一种基于平台及正六面体框架的外场标定方法.该方法仅通过翻转正六面体使对称位置误差相消,并且在对准中获取姿态信息,同时精确标定出陀螺漂移和加速度计零偏.最后对理论分析结果进行了仿真验证,仿真结果表明该...