一种捷联姿态航向参考系统信息融合算法应用

小型无人直升机通常在特定的环境下进行工作,因此需要对其运动时的姿态进行控制。控制系统所需要的姿态信息通过各种惯性测量仪器得到原始数据。依据这些原始数据设计适当的信息融合算法可以构建高精度的姿态航向参考系统,从而满足控制系统的要求。该算法已应用于小型无人直升机的姿态控制中。     

基于RBF神经网络的全姿态磁航向误差建模与补偿

对磁罗盘系统误差和目前多数文献所提出的全姿态磁航向误差补偿方法的不足进行了分析.针对具有一定俯仰角或横滚角的磁罗盘系统磁航向误差建模和补偿问题,提出了基于径向基函数(RBF)神经网络的修正方法,并与BP神经网络方法进行了比较.在分析算法原理的基础上进行了实验仿真,结果表明:采用RBF神经网络在明显提高网络收敛速度的基础上,大大减小了全姿态磁航向误差,校正效果优于BP神经网络.     

基于MEMS器件的姿态航向参考系统设计及应用

在小型无人直升机的控制中,需要有高精度的运动测量信息作为导航状态输入,通常这些小型直升机因需要在特定的情况下工作而往往体积较小,因而也对导航设备提出了高精度、低功耗、微型化、低成本等多方面的苛刻要求.介绍一种基于MEMS器件的小型姿态航向参考系统的设计及实现,该系统已应用于小型无人直升机的导航控制中.     

无位置输入的民机姿态航向误差修正算法

姿态更新算法与姿态误差修正算法是捷联姿态航向参考系统中一项长期研究的关键技术。研究了在无位置输入和无法计算位置项引起地球自转分量无法补偿的情况下,针对姿态航向系统仍必须提供可靠的、正确的姿态航向信息这一突出问题,提出了忽略误差方程中微小量,利用飞机航线覆盖区域的中心纬度值替代误差方程中的纬度项,将简化后的算法引入的误差等效为陀螺漂移和加速度计零位的思想。设计了基于四元数的内阻尼卡尔曼滤波器,更新姿态四元数修正误差。结果显示对于漂移为10°/h的光纤陀螺构建的系统,修正后姿态精度优于0.3°,航向精度优于1°。     

磁航向传感器使用中的误差补偿

通过对磁航向测量误差形成原因的分析,提出了一套快速有效的补偿办法,在工程应用中得到了满意的效果。     

无人机航向测量抗差补偿滤波技术研究

针对角速率陀螺误差随时间积累和电子磁罗盘易受外界干扰的问题,为提高低成本自主导航精度,设计了角速率陀螺和电子磁罗盘信息融合的组合方案。并对传统的补偿滤波方法进行改进,提出一种能够检测出电子磁罗盘的低频干扰,并对干扰误差进行剔除的抗差补偿滤波算法。通过对角速率陀螺和电子磁罗盘进行误差建模和仿真实验可知,抗差补偿滤波器可以有效地抑制磁罗盘高频干扰误差和角速率陀螺的积累误差,同时,也可很好地抑制磁罗盘的低频干扰误差。结果表明：研究的抗差补偿滤波算法效果明显,是一种简单可靠的航向融合方法。     

三轴磁航向传感器的全姿态误差补偿

通过对三轴磁航向测量原理及误差形成原因的分析,提出了一套快速有效的补偿办法。实验结果表明,采用自动罗差补偿方法,可将全姿态磁航向的测量误差在20°情况下修正到1°以内,在工程引用中得到了满意的效果。     

捷联式磁航向测量系统的航向角误差动态特性研究

在不考虑罗差情况下,建立了捷联式磁航向测量系统的航向角误差模型,并结合无人机磁航向测量系统中框架式垂直陀螺仪的姿态测量特点,将其姿态误差源特征引入误差模型,全面分析了其航向角在不同飞行条件下的动态误差特性.对捷联式磁航向测量系统的航向角误差模型进行了仿真计算,并将仿真结果与飞行实验结果进行了比较分析.结果表明:捷联式磁航向测量系统的航向角误差动态特性符合无人机测量误差特点,能够为工程应用提供直接的理论依据.     

无航向基准条件下电子罗盘的误差补偿方法研究

针对HMR3300电子罗盘在实际使用时,航向角测量精度低问题,探讨有效的磁差补偿方法.在分析电子罗盘航向角测量误差产生机理的基础上,建立了无航向基准条件下电子罗盘的误差校正模型,推导了自差补偿系数的计算公式,实验结果表明该补偿方法是正确有效的,可将HMR3300的航向角测量误差控制在0.5°之内.     

三轴电子罗盘的磁航向角误差补偿研究

针对某水下运载器中罗盘的工作状态,提出了适合于水下工作的电子罗盘的误差补偿方法。通过分析误差产生的原因,结合实际情况,提出将补偿区间分段的方法,在各个区间分别进行最小二乘误差补偿。实验结果表明:采用分段补偿的方法可以有效补偿小区间误差,能够将最大误差降低到0.3°之内,提高其磁航角的精度,满足高精度导航系统要求。     

具有自动误差补偿功能的智能磁航向系统

研制了一种具有三种误差补偿方法的智能磁航向系统(智能电子磁罗盘)。传统的给定基准法具有满意的补偿效果,但试验复杂。对水平情况,椭圆假设法把误差的形成过程假设为从圆到椭圆的变化过程;而对任意姿态的情况,椭球面假设则把该过程假设为从圆球面到椭球面的变化过程。其逆过程就是误差补偿过程。后两种方法试验非常方便,不需要高准确度的设备。试验结果表明,这两种方法可实现自动误差补偿和自动校准,补偿效果满意,成本低。还设计了一个包含上述三种方法的虚拟仪表用于计算误差补偿系数。用EEPROM永久保存这些系数,消除了类似电位计的可动部件。该系统体积小、成本低、可靠性高,可用于小型飞机、车辆、船舰等运载工具。     

基于偏振光与MEMS陀螺的航向角测量系统设计

针对飞行器控制中MEMS陀螺存在噪声干扰和测量误差,以及其误差随时间累积的缺点,采用偏振光传感器作为量测信息,对其航向角信息进行矫正.详细介绍了偏振光传感器的测量原理,并建立MEMS陀螺与偏振光传感器误差的数学模型,在此基础上采用简单有效的直接卡尔曼滤波方法进行数据融合.室内精密转台实验测量结果表明:偏振光传感器可以有效地修正角速度陀螺的航向信息,经过280 s的实验,误差由原来的36.27°下降为6.05°,此最优估计航向角可以为飞行控制提供精确的数据信息.     

超声波流量测量的误差分析与补偿方法研究

为了提高超声波流量测量的精度,分析了影响测量精度的因素,对温度、流速和管道内置反射片所造成的测量误差进行了分析,提出了具体的误差修正补偿方法。实验表明：对上述影响因素产生的误差进行补偿与修正后,能够有效减小测量误差,提高测量精度。     

基于DSP的航姿系统多传感器信息融合技术

设计了基于DSP的专用导航计算机,并以此为硬件平台,采集陀螺仪、加速度计、磁航向传感器和速度传感器信号,利用卡尔曼滤波技术进行多传感器信息融合,成功搭建了低成本小型航姿系统。针对该航姿系统的特点,设计了导航计算机程序快速更新软件,对卡尔曼滤波器进行低阶处理。针对导航计算机“数字信号处理器(DSP)+单片机(MCU)”的特殊结构,设计了合理的多传感器信息融合程序。实验证明:航姿系统利用多传感器信息融合技术,使用自行研制的专用导航计算机平台,姿态误差小于0.2,°航向误差小于0.5°,且大大减小了系统成本、体积和功率,具有实际应用价值。     

基于MEMS传感器的数字式航姿系统设计

针对传统的模拟平台式航姿系统的不足,设计并实现了基于微惯性传感器和微磁传感器的数字式捷联惯性航姿系统。结合四元数微分方程,利用一种以加速度计和磁航向为观测量的卡尔曼滤波器进行数据融合,实现了对陀螺漂移的修正。PC104作为导航计算机,安装了微软高性能嵌入式操作系统。实物静态和跟踪实验表明:该航姿系统简单可行,能够很好地满足航姿系统精度要求。