一种姿态测量系统的FPGA和DSP设计与实现

为了实现对某弹载系统的姿态测量,提出一种基于FPGA+DSP的姿态测量系统的设计.系统采用FPGA作为逻辑控制核心,完成对MEMS传感器输出的陀螺加表数据的采集,并通过EMIF接口完成与DSP的数据通信.DSP完成对姿态信息的解算,并由FPGA通过RS422接口将更新后的姿态信息上传至上位机.系统选用地理坐标系作为导航...     

基于AMI602传感器的载体姿态测试系统

针对捷联式载体姿态测试系统中存在的抗干扰能力差、不能很好地消除坐标误差以及姿态角测量范围的局限性等缺陷,提出了一种基于集加速度、地磁于一体的6维AMI 602动作传感器的姿态测试系统。通过AMI 602动作传感器输出6维数据结合加速度和地磁2个常量来确定载体在空间中的姿态。测试表明:该系统能解决上述缺陷,且具有精度高、功耗低、小型化等特点,可应用于GPS、手机、游戏设备等姿态测量领域。     

基于磁传感器组合的运动物体姿态解算

姿态参数的测试是运动物体测试过程中的重要指标。针对角速度陀螺仪在高速运动中姿态角的测量误差较大,提出了基于加速度和线圈式磁传感器的姿态测量组合。线圈式磁传感器的输出值包含了载体的转速和角速度信息的综合,求出载体的角速度信息,通过扩展的全姿态四元数算法进行数据融合和姿态解算。在三轴转台上进行半实物的仿真实验,验证算法的正确性,在解算过程中无须知道当地磁场大小,方法简单易行。     

外骨骼机器人人体姿态解算算法研究

外骨骼机器人的人机协同控制因其自身特点,具有较大难度。目前,虚拟力矩控制是一种较为常见的控制方式,但其基于物理特性以及运动学参数预测人机作用力的原理决定了该方法必须依靠极其精确的惯性系参数预测才能实现(假设系统关节处无摩擦),大量的系统动力学方程运算也给控制器带来了较大负担。针对该问题提出了一种基于位置随动的控制算法,通过在人机接触点直接引入激光流式间距传感器测量人机(外骨骼)间距信息,结合外骨骼姿态信息计算由人体各关节角度构成的人体姿态,作为外骨骼随动的目标值,进而计算人体末端位置,最终解算出能达到同样末端位置的外骨骼姿态。该方法具有运算量下、稳定性好、控制精度高等特点。     

基于梯度下降的自适应姿态融合算法

针对第一代帆船姿态测量系统中采用的自适应卡尔曼滤波算法作用范围有限、动态性能较差等缺陷,基于微机电系统(MEMS)惯性传感器与梯度下降姿态融合算法提出了两种自适应方法,分别根据当前时刻之前N个采样点的平均运动加速度与加速度的变化量设计自适应控制因子,得到稳定的动态梯度下降步长。实验结果表明:两种算法性能均优于自适应卡尔曼滤波与单点加速度抑制法,其中,基于加速度增量的控制算法更加符合高速运动状态下加速度剧烈变化的实际规律,测量性能达到最优,符合海面帆船运动船体姿态测量的实际需求。     

地磁传感器在弹载测试系统中的应用

介绍了地磁传感器的工作原理、结构及其在弹载测试系统中的应用,针对弹载测试的特殊性,设计了一种基于薄膜线圈式地磁传感器的弹载测试系统,该系统具有误差不随时间积累、可靠性高、响应速度快等优点,简述了弹载测试系统的工作原理、系统硬件结构及薄膜线圈式地磁传感器的信号调理电路,经过实弹测试验证,该地磁式弹载测试系统能准确测量弹丸的加速度和转速的实际飞行参数。     

基于磁阻传感器的微型姿态测试电路

设计了一种基于磁阻传感器的姿态测试电路.详细介绍了系统的硬件设计,硬件电路包括:电源设计、微型置位/复位脉冲信号产生电路、磁阻传感器及输出信号的适配电路.本文介绍了两种高灵敏度磁阻传感器HMC1022和HMC1021Z的工作原理和使用方法.为了达到项目高精度、小体积的要求,设计了一种新型的、低功耗的使用单稳态触发器74HC123和IRF7105来产生置位/复位脉冲的电路,保证了磁阻传感器在高灵敏度下正常工作.本系统充分利用了HONEYWELL磁阻传感器高精度、高响应度、微小体积、重复性好、工作温度范围宽的突出特点.     

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.     

基于激光测距传感器校正四旋翼飞行器姿态的室内组合导航

摘 要：为了提高室内环境下四旋翼飞行器的姿态解算精度,提出一种基于激光测距传感器校正四旋翼飞行器姿态的室内组合导航。首先从搭载激光测距传感器的四旋翼飞行器的运动模型出发,采用三角函数方法求解飞行器的姿态角参数,通过对其微分获得角速度数据。其次,将惯性系统中经过互补滤波融合后的陀螺仪、加速度计及磁力计的角速度作为观测量,再应用扩展卡尔曼滤波将惯性系统数据与激光测距传感器获得的角速度数据融合,对旋转矩阵中的误差进行修正。最后验证组合导航的有效性,用带有激光测距传感器及惯性系统的开发板依次进行静态、水平滑动和动态测试,实验测试表明：这种组合导航融合策略使姿态检测系统静态特性和水平滑动特性均有所提高,5s内,静态误差控制在0.05度以内,水平滑动误差控制在7度;在静态时能够抑制姿态角漂移和滤除噪声,在动态时能够快速跟踪姿态的变化,提高了姿态角的解算精度。     

弹丸姿态解算方法研究

研究弹丸轨道优化问题,为提高有效命中率,对解算方法都需要确定有效的初值,以往设定初值时存在一定的盲目性,往往解算出来的值与方程组的最优解存在较大误差,需要多次校对才能得到较准确的解,无疑加大了工作量.针对上述问题,采用方向余弦法,利用三轴磁阻传感器测量地磁场在弹体坐标系三轴上的分量,通过Matlab仿真分析了初值设定对解算结果的影响,提出了一种通过逐步缩小初值范围提高解算精度的方法,使姿态解算误差可控制在0.3°以内,计算量也有了较大的减少.     

基于矩阵星图识别算法的卫星三轴姿态确定方法研究

针对基于星敏感器的三轴稳定卫星姿态确定系统,总结比较了目前用于姿态确定的常用姿态敏感器的性能,引出了星敏感器的核心-星图识别算法,进而分析比较了当前星敏感器星图识别相关的几种算法的优缺点,重点研究了栅格算法;并在此基础上,提出用矩阵星图识别算法,建立了基于矩阵星图识别算法进行卫星三轴姿态确定的数学模型,从而简便、快捷地求出卫星任意时刻的三轴姿态参数;最后利用Matlab分别实现了用栅格算法和矩阵法进行星图识别的仿真,验证了矩阵识别算法的优点,对于研究卫星姿态确定和提高星图识别算法的效率和精度有一定的参考价值.     

一种基于K-Means分类的状态机车辆检测算法

地磁车辆检测器是一种基于车辆对地球磁场的扰动效应实现的交通信息采集设备。目前基于地磁传感器的车辆检测算法主要有状态机检测算法及自适应阑值算法,但是基线漂移、阅值选取等因素对算法的检测精度有很大影响。结合车辆地磁响应信号的具体特征,提出一种基于K—Means分类的状态机车辆检测算法,将车辆地磁响应信号先进行K—Means分类,解决了现有算法阈值选取困难的问题,将分类后的信号输入状态机判别,解决了慢速车和长型车易被误判的问题。实验结果表明,该算法具有很高的检测准确率,且鲁棒性好。     

外骨骼机器人的人体步态感知系统设计

针对下肢负重外骨骼机器人与其穿戴者运动协调的问题,设计一种人体步态感知系统,对人体下肢关键部位的运动状态采集和预测。用6个MTI—30姿态传感器采集人体下肢的姿态数据;以ARM微处理器STM32F407为计算单元,对采集的步态数据解算、预测和传输;用非线性时间序列分析Takens算法预测人体下肢关键部位的旋转运动。实验结果表明：该系统功能稳定,能准确对人体下肢的步态数据采集和预测,预测结果稳定可靠,为外骨骼控制器提供可靠的参考信息。     

三角形方程组的一种分布式并行算法

提出了分布式环境下求解三角形方程组的一种新的并行算法,该算法基于将系数矩阵和右端顶分,并将其以块行卷帘方式存储在各处理器的局部存储器,利用通信与计算重叠的技术,取得了比块列扫描算法好的效果,当方程组具有多重右端项时,效果尤为突出。文中给出了在YH3M计算机上该算法的数值试验结果及其与块列扫描算法的数值比较结果。     

基于姿态传感器的脊柱形态测量技术

基于X线测量脊柱形态的放射性、不易携带性等特点,设计出基于姿态传感器的非X线的脊柱形态测量技术.分析了姿态传感器的姿态角在人体脊柱测量过程中的转换关系,以及设计出多Cobb角的测量的实现方法.基于姿态传感器的脊柱形态测量设备是通过单片机读取姿态传感器的俯仰角和偏航角后经过算法计算出Cobb角,采用LCD显示采集到的脊柱棘突姿态信息和反映脊柱形态的Cobb角数据.通过实验验证分析基于姿态传感器测量技术的测量误差在±2°内,而且满足可重复测量要求,测量仪的可靠性大于0.8.     

基于多视场星敏感器的姿态确定方法

星敏感器是目前航天器姿态测量精度最高的器件,与传统的单视场星敏感器相比,多视场星敏感器可以实现三轴同样高精度的姿态测量,提高姿态测量精度;针对单视场星敏感器姿态确定问题,推导了以最小代价函数为指标的QUEST姿态确定算法;对于多视场星敏感器,通过坐标变换方法将多个视场的导航星矢量转换到同一视场中,再利用QUEST算法得到航天器姿态;最后仿真结果表明,坐标变换后进行姿态确定得到的姿态数据与单个视场所得的姿态数据相同,验证了方法的正确性。     

立方星用微型太阳敏感器设计

设计了一种面向立方体卫星的姿态确定传感器——模拟式太阳敏感器。通过测得太阳光线的入射角度,从而解算出在卫星本体坐标系下的太阳矢量信息。敏感器理论设计精度为1度,质量为9克,尺寸为32mm×19.7mm×8.1mm,视场角为112度。本设计进行了光学头部、处理电路的设计,并编写了相应的算法程序。通过外场试验验证了设计的合理性,满足了应用要求。设计的太阳敏感器具有体积质量小、成本低等优点,在立方体卫星领域有广阔的应用前景。     

一种开放式智能停车场及其停车位控制系统设计

提出了一种基于磁阻感应技术与无线传感网络技术相结合的开放式智能停车场的控制与管理技术方案. 开放式智能停车场的基本单元是停车位的控制部件设计, 方案中应用磁阻感应技术设计了地磁传感器, 自动检测和确定车位中有无车辆以及停泊车辆的离开意图, 通过构建无线传感网络, 实现整个开放式智能停车场系统的管理.     

一种新的APS数字式太阳敏感器测姿算法

APS数字式太阳敏感器是卫星运行过程中所需要的姿态测量部件,是目前太阳敏感器的发展方向.APS数字式太阳敏感器在测姿吋需要计算太阳像质心在APS成像面上的位置,常规的质心法在计算时存在着时间上的浪费,尤其当太阳像的面积相对成像面面积较小时,时间浪费尤其明显.本文提出了一种新的太阳像质心快速计算方法,该方法能够大幅度提高质心的求解速度,并且能够保障一定的计算精度.     

基于DSP的数字航姿模拟器设计

航姿模拟器是在对机栽设备进行地面测试时用来仿真飞机航姿信号的专门设备。传统航姿模拟器通用性差、控制精度低且不易与自动测试系统（ATE）接口。为此设计了基于DSP的数字航姿模拟器。该模拟器能同时输出航向、横滚及俯仰信号，可与计算机接口或直接嵌入自动测试系统，具有跟踪速度快、精度高、控制简单等特点。该模拟器在某型机载雷达ATE中获得应用。