基于数字式红外传感器的姿态测量盲区补偿法

单轴红外姿态测量系统在测量小型无人机姿态角时存在盲区,通过增加一组与原轴线相垂直的红外传感器,形成双轴姿态测量系统,对盲区进行补偿。两组红外传感器一定有一组位于倾角可测区域,通过测试目标轴的输出温差的大小,判断位于可测区域的轴线,可实现对目标轴姿态角的解算。首次采用数字式输出红外热电堆传感器设计实现了180°无盲区的姿态角测量模块,经过测试,其静态误差小于2°。     

姿态航向测量与误差补偿方法研究

设计了一种基于MEMS陀螺仪、加速度计、磁传感器的小型姿态航向参考系统;以四元数和角速率偏差为状态矢量,磁场强度和加速度计信息为量测矢量,构建基于Kalman的四元数姿态航向解算方法;通过调整测量噪声方差矩阵,解决动态过程中由于运动加速度造成的姿态角误差;采用陀螺仪误差建模和磁航向罗差补偿技术,进一步提高了系统测量精度。根据飞行数据分析,姿态航向参考系统具有较高测量精度和较好的稳定性、动态性,姿态角均方根误差小于1.5°,航向角均方根误差小于3°。     

基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合技术研究

针对应用三轴陀螺仪和三轴加速度传感器的四旋翼飞行器姿态角测量问题,提出了基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合方法。该方法将陀螺仪输出的角速度误差作为时变误差处理,认为陀螺仪输出的角速度误差与其所测角速度及上一时刻的角速度输出误差相关,并据此建立陀螺仪测量线性方程,在此基础上,应用Kalman滤波算法,以加速度计输出的姿态角对陀螺仪测量的姿态角进行修正,从而达到姿态角准确测量的目的。实验结果表明：应用Kalman滤波算法对加速度传感器和陀螺仪信号融合后可有效消除姿态角测量累积误差并显著改善姿态角测量的动态特性。     

基于双级互补滤波的姿态测量算法设计

陀螺仪的漂移、载体的线性加速度和磁场的干扰是影响MARG传感器姿态测量精度的主要原因。针对传统姿态测量算法在磁干扰环境下由于航向角误差导致水平角测量精度降低以及载体线性加速度影响水平角精度的问题,提出了一种基于四 元数的双级互补滤波姿态融合算法。该算法利用加速度计和磁力计测量数据分别对估计四元数进行补偿修正,避免了磁干扰环境下航向角误差对水平姿态测量的影响。同时引入线性加速度误差和磁干扰误差自适应补偿方案,以降低线性加速度与磁干扰的影响,为了验证算法的有效性,进行了静态与动态实验。实验结果表明该姿态测量算法能显著提高姿态测量精度和抗干扰能力,与传统的Mahony算法相比,俯仰/滚动角的测量精度完全不受磁干扰的影响,性能得到了明显的提升。     

基于信息融合的移动机器人侧向定位的研究

超声波传感器的入射角对输出有很大的影响,通过实验分析了入射角对输出的影响。采用引入误差补偿因子的方法,标定了传感器的测量模型,使得测量精度大大提高。在此基础上,基于多源信息融合设计了3种移动机器人侧向定位模型。经实验比较证实,引入误差补偿因子的融合模型定位精度高,可以使得距离误差控制在±2.4mm,姿态角误差控制在±0.32°以内。最后,将该融合模型应用于移动机器人的实际控制中,距离误差为±3.7mm、姿态角误差为±0.58°,满足移动机器人定位精度的要求。     

神经网络补偿算法在基于MEMS的姿态检测中的应用

针对基于微机电传感器的姿态检测领域存在的姿态测量误差问题,为进一步提高姿态检测的精度,提出了一种基于神经网络的姿态估计误差补偿方法。采用开源的微型飞行器在室内环境进行真实飞行实验采集的数据集,借助BP神经网络的非线性映射能力,建立了关于微机电传感器的输出与姿态估计误差之间的姿态误差补偿模型;根据微机电传感器的输出信息,直接预测得到横滚角、俯仰角和偏航角的误差补偿角度。实验结果表明,利用所提出的神经网络进行姿态补偿之后,姿态估计误差大大减小,表明神经网络对于提高姿态检测的精度具有一定的作用。     

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°。     

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。     

磁通门传感器在车辆导航系统中的应用研究

针对现行车辆导航系统中测角传感器的一些不足和磁通门传感器的特点,将磁通门传感器用于车辆导航系统当中,测量车体的航向和姿态角.并针对在使用过程中存在的问题,提出了基于正交函数的最小二乘拟合法消除车体磁场对传感器测角精度的影响和卡尔曼滤波方法补偿测角过程中的观测误差,有效地提高了磁通门传感器的测角精度.最后,通过实验,验证了2种方法的可行性,测角的最大误差仅为0.74°,达到了令人满意的导航定位效果.     

弹载地磁测量系统的抗干扰设计

为了消除弹载地磁测量系统所受的矿山、电磁、金属等干扰,本文设计了充磁电路,消除强磁场对磁阻传感器的干扰;设计了滤波电路及合理的布线,消除高频干扰信号;再提出了误差识别补偿及看门狗设置算法,补偿了软硬磁干扰、零位误差、正交误差。转台试验与数据分析表明:各组合方法的采用,减少了干扰误差使姿态角测量精度达到1°以内,具有一定的工程价值。