微惯性测量器件的标定方法研究

在捷联惯性航向姿态测量系统中,微惯性器件是核心部分,陀螺和加速度计的精度直接影响整个系统的精度.详细给出了惯性测量器件的标定方法,利用软件来补偿器件的误差,从而改善系统性能.     

无陀螺微惯性测量单元的卡尔曼滤波方法研究

无陀螺惯性测量技术是利用加速度计代替传统的陀螺,构成无陀螺微惯性测量单元(NGMIMU)实现制导的.由于加速度计随机漂移误差的存在,在利用NGMIMU进行导航计算时,不可避免地产生了随时间增长的累积误差,且累积速度很快.本文基于NGMIMU九加速度计配置方案,利用卡尔曼滤波器抑制误差的累积,并且推导了卡尔曼滤波器的状态方程和预防方程.同时进行了系统位移、速度仿真,实验结果验证了该滤波算法的有效性.     

基于 VG400 CD-100的微惯性测量组合标定

在对微惯性测量组合的发展和应用进行分析的基础上,从微惯性测量组合的结构及基本工作原理出发,针对微惯性测量组合系统进行了误差源分析和标定技术研究。以微惯性测量模块VG400 CD-100为研究对象,分析了微惯性测量的组合技术,建立误差模型方程,研究了微惯性测量组合系统的标定,给出了三维陀螺仪标定的比例系数和交叉耦合误差系数以及三维加速度计标定的比例系数和交叉耦合误差系数。然后利用MATLAB数据分析工具,采用最小二乘法回归理论,对标定实验数据进行分析和处理,最终完成对微惯性测量器件,即微陀螺仪和微加速度计各误差系数的标定。     

基于微型惯性测量组合的大型工件三维位置测量方法

提出了利用微型惯性测量组合进行工件三维位置测量的方法,对这一方法的测量原理进行了详细阐述,对坐标转换、姿态矩阵求解、位置计算等均给出了详细的数学模型及算法。采用普通陀螺及加速度计进行了原理性试验,给出了相应的试验结果。另外,对这一方法进行了误差分析,指出了它不同于一般捷联式系统的特点,分别针对惯性传感器和系统整体给出了相应的误差修正算法,提出了提高测量精度的措施。实际证明,本方法具有实现方便、检测速度快及可实现连续测量等优点,对大型工件及复杂表面的快速测量具有明显得实际意义。     

机器视觉与惯性信息融合的轨道线形检测

轨道空间线形检测是保障列车运行安全的一项关键技术,受陀螺仪及加速度计的累计误差的影响,使得基于常规的惯性单元的轨道线形检测方法在低速连续运动测量下精度较低。为了解决该问题,提出一种基于机器视觉与惯性信息多传感器融合的轨道空间线形检测方法。通过分别建立惯性测量单元与机器视觉转换矩阵,倾角仪与惯性测量单元旋转矩阵及惯性测量单元与机器视觉平移关系矩阵,将动态测量数据转换到世界坐标系下,实现多传感器间的融合定标。利用扩展卡尔曼滤波将机器视觉与惯性信息进行融合,提高检测精度。最后,通过搭建测量平台进行实验验证,结果表明该方法的测量精度小于0.5mm且标准差低于0.3。与常规惯性测量方法相比,测量精度提高近10倍。     

一种新型的矿井井斜测量方法研究

井斜测量单元研究是基于捷联惯性导航原理,由三轴光纤陀螺和三轴加速度计构成惯性测量单元,通过数学平台实时地解算出载体的姿态角、位置和速度等参数.以煤矿勘测和开采为背景,采用捷联惯性导航系统替代传统的平台惯性导航系统,利用光纤陀螺和加速度计构成惯性敏感单元替代传统的磁通门和加速度计的结构,适用于具有磁场干扰的场合.初步完成井斜测量系统的静态测试,并对产生的测量误差进行了分析,姿态角可获得较高的测量精度,基本满足井斜测量的指标.利用Labview进行数据采集界面和姿态信息显示界面设计,具有良好的交互性和实时性的特点.     

一种新型微惯性测量组合捷联惯导系统的研究

在大动态环境下,测量载体的角速度的陀螺仪已经很难满足陀螺仪量程的要求。本文针对具有大角速度和大角加速度的短时飞行的动态载体,利用加速度计的输出公式和惯性器件的测量值,解算出载体质心的线加速度和角速度;根据微惯性测量组合捷联惯导系统原理设计了微惯性测量组合的安装方案并且论证了该组合方案的优越性;通过MATLAB软件对该方案经行了仿真,结果表明该方案有效提高了系统精度。     

基于KXP84型加速度计的低成本机床振动测量单元设计

针对机床振动测量的实际需求,在分析了KXP84型加速度计的基础上,提出了基于KXP84型加速度计的一种低成本机床振动测量单元的具体软件、硬件实现方案。实验结果表明,机床振动测量单元切实可行,并且成本显著降低,具有实际的应用价值。     

基于STM32的多惯性测量单元数据采集系统设计

针对单个MEMS惯性测量单元存在积累误差的问题,开发了一套基于STM32的多惯性测量单元数据采集系统,为后续研究提供真实可靠的数据源。该系统主要包括数据采集、数据实时显示和数据存储三个功能模块。数据采集模块利用STM32单片机实现了多个惯性测量单元的数据采集与融合;数据实时显示模块和数据存储模块完成了对多个惯性测量单元输出的加速度、角速度和姿态数据的实时显示与自动存储。经过多次测试,结果表明该系统性能稳定可靠,可用于工程实践中。     

一种用微型惯性测量组合进行三维位置测量的方法

研究了微型惯性测量组合的一种新的应用,即应用微型惯性测量组合进行三维位置的测量,详细介绍了应用微型惯性测量组合进行三维位置测量的方法,给出了陀螺角速度提取、转换矩阵求解、三维位置计算、姿态角求取等具体过程,在选取惯性级器件并尽量减小测量时间的情况下可以得到较为满意的结果,该方法在大型复杂工件的在线加工制造、测量标定等方面具有明显的应用前景。     

三轴数字MEMS加速度计现场标定方法

微机电系统(micro electro mechanical systems,简称MEMS)加速度传感器作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测中有着广泛应用。根据三轴数字加速度传感器的输出数学模型,详细推导了如何计算数学模型中标度因数、安装误差系数以及零偏值。提出一种基于长方体的六位置简单标定方法,对比三轴转台精确标定结果表明六位置简单标定法简单易行,精度较高,易于单片机实现,适合不具备三轴转台的场所,且该方法对MEMS三轴数字加速度计的校准具有很好的通用性。     

An advanced nonlinear model of a low-g MEMS accelerometer for a computer pen

This paper presents an improvement in the gesture reconstruction for a computer pen using the inertial principle. The computer pen is equipped with a complete, miniaturized, six-degrees-of-freedom, inertial measurement unit in order to reduce the error of the pen’s orientation during the gesture stroke and to reduce the error of the calculated pen tip’s position on the piece of paper. The performance of the computer pen is improved by calibrating the MEMS accelerometer. The presented research focuses on the advanced modeling of the nonlinear voltage output of a triple-axis low-g MEMS accelerometer. The model considers the interacting influence of the low-g accelerations between the sensing axes in an arbitrarily oriented pen without any required knowledge about the underlying performance of the MEMS accelerometer. In combination with the attitude-compensation and zero-velocity-compensation techniques the positional accuracy of the pen’s tip on the paper is greatly improved.     

旋转调制式激光捷联惯导安装误差分析与标定

双轴旋转调制技术可以实现对陀螺漂移和加计零偏的调制,从而极大地提高惯导系统的精度,以满足船用惯导高精度的导航需求.由于单元体一直作连续正反旋转运动,传统的位置法和速率法无法对该系统进行标定.提出了一种基于三轴转台和单元体自旋转的误差标定方案,实现了对系统误差的快速精确标定.其中旋转轴和陀螺及加计敏感轴间的不正交角标定精度优于1",陀螺、加计敏感轴间的不正交角标定精度优于2".海上试验表明,误差标定结果满足了系统1 nmile/24 h的导航要求,具有较高的工程应用价值.     

An initial alignment method for strapdown gyrocompass based on gravitational apparent motion in inertial frame

Inspired by the alignment mechanism of Octans, an initial alignment method for strapdown gyrocompass is designed based on gravitational apparent motion in inertial frame. In this method, the gyro outputs are used to trace the body frame and the measurement from accelerometers are projected to the inertial frame to form the track of gravitational apparent motion. According to the calculations on the vectors involved in this track, the attitude matrix between the inertial frame and navigation frame can be obtained and further alignment can be finished. In order to identify the true gravitational apparent motion from the accelerometer measurement containing random noise as well as to avoid the collinear of vectors in vector operation, a reconstruction algorithm concerning parameter identification and reconstruction of apparent motion is devised and simulated. Simulation and turntable test show that the proposed alignment method can realize self-alignment in a swinging condition. The alignment accuracy is able to reach the theoretical one determined by sensor errors and no external information is needed.     

一种新型差动式压电加速度传感器

设计了一种新型的差动式压电加速度传感器。介绍了传感器的结构和工作原理,推导了传感器的数学模型,并分析了传感器惯性质量块和压电元件的质量对其输出特性的影响。然后,分析了传感器处理电路的结构,推导了该电路的设计指标。实验结果表明,该传感器采用单个惯性质量块实现了对加速度信号的差动式测量,其结构简单、重量轻、易于加工制造、抗干扰能力强;线性度为0.1%,是普通加速度计的1/2;频率响应误差为1%;重复性为1.27%;测量灵敏度是普通加速度计的2倍,基本达到了设计的目的。     

簧片式硅弹性膜应力分布的计算和加速度传感器的优化设计

为了提高我们已研制成功的新型簧片式硅加速度传感器的性能,用有限元法计算了不同形状和尺寸的质量块在４０ｇ值加速度作用下产生的应力分布,使我们优选了最佳的质量块设计方案,显著地提高了灵敏度,取得了与理论计算符合得很好的实验结果。     

Strapdown gyrocompass algorithm for AUV attitude determination using a digital filter

The strapdown gyrocompass can provide attitude by measuring the Earth’s gravity vector. In practical applications, there usually exists unwanted disturbance accelerometers that will distort the accelerometer measurements, hence a filtering out procedure is essential. Current attitude determination method based on pendulum cutting off technology has the limitation for vehicle moving mode. This paper proposes a new strapdown gyrocompass algorithm via processing the accelerometer measurement with Butterworth low-pass filter (LPF) to remove the high frequency dynamic disturbance components. When the gravity variation in inertial frame is regulated, LPF can be applied to properly get the gravity even in the presence of acceleration disturbances, and subsequently can be applied to calculate the strapdown gyrocompass attitude. The proposed algorithm does not require declination information and inertial element biases estimation. The field test has been conducted and the results verified the effectiveness and reliability of the proposed AUV attitude determination method and have also shown that the gravity is proportional to the latitude and altitude of AUV.     

基于原子体系的量子惯性传感器研究现状

惯性传感器的性能直接决定了惯性导航系统的精度。基于原子体系的量子惯性传感器有望在更小体积和更低成本下达到传统惯性传感器的性能,且理论上可以获得比现有技术更高的测量灵敏度和长期稳定性。近些年随着量子精密测量领域的快速发展,量子惯性传感器的实用化和工程化方面研究进展显著,未来通过替代传统加速度计和陀螺仪,有可能形成高度集成、低功耗和低漂移的量子惯性导航系统。文章简要介绍了基于原子体系的量子惯性传感器的基本原理,总结了以原子干涉陀螺仪、原子自旋陀螺仪、原子干涉加速度计、原子干涉重力仪和重力梯度仪为主的量子惯性传感器研究现状,并对有待解决的关键技术问题进行了梳理和分析,可为量子惯性传感器的发展提供参考。