多方向振动测试的石英挠性加速度计高阶误差系数辨识

高精度的误差系数可准确评价加速度计的精度与性能,从石英挠性加速度计误差模型入手,对其进行多方向振动测试试验,利用总体最小二乘（TLS）算法辨识加速度计模型方程中的高阶误差系数,建立较高精度的加速度计数学误差模型。为验证算法的有效性及所实施试验的可靠性,和传统重力场多点测试辨识加速度计参数方法作对比,同时,提出误差系数和决定系数两个指标来评价振动测试的辨识效果。结果表明：采用多方向振动测试结合总体最小二乘算法方案所辨识出加速度计高阶误系数精度较高,在实践中具有较好的借鉴意义。     

基于LabVIEW的加速度计模型参数辨识模块设计

加速度计的模型参数辨识对研究加速度计动态特性具有重要作用.针对加速度计动态特性测试系统中加速度计模型参数辨识模块的设计,利用LabVIEW图形化编程的特点,以最小二乘原理为基础,通过对加速度计频域响应函数的拟合实现了加速度计模型参数的辨识,并构建了可视化软面板.实验测试表明:所设计模块能够实现加速度计模型参数辨识,有较高的参数辨识精度,并具有良好的人机交互,所辨识出的模型能够描述加速度计的动态特性.     

加速度计信号奇异值分解滤波与参数辨识

针对石英挠性加速度计模型参数辨识的噪声影响问题,采用奇异值分解技术实现测量信号的滤波降噪处理,再结合总体最小二乘算法实现模型参数的高质量辨识.以重力场下的多齿分度台为测试分析平台,利用样本熵和统计参数定量评价辨识效果.试验结果表明,奇异值分解技术能有效去除信号中的噪声干扰,且通过降噪信号获得的模型系数稳定性较好.所采用方法有效地实现了加速度计参数辨识分析,可用于其性能质量评价.     

基于多元回归模型的捷联惯性测量组件标定技术

应用多元统计分析方法,对捷联惯性测量组件(SIMU)的系统标定技术进行了研究.在考虑加速度计横向灵敏度影响的情况下,将SIMU加速度计组件视为一个整体,提出了SIMU加速度计组件的多元回归模型,并且给出了模型参数的估计公式.多位置标定及静态测试实验结果表明,采用多元回归分析可有效地标定出加速度计组件的刻度系数矩阵、等效安装误差矩阵和等效零位偏置向量.     

基于谐波分析的捷联惯导系统加速度计组件标定技术

惯性器件误差是影响捷联惯性导航系统(SINS)精度的主要原因之一,任何由加速度计和陀螺构建的SINS在使用之前都须进行精确标校,以建立起惯性器件静态误差补偿模型。首先根据三轴加速度计组件的输出建立起加速度计输出模型;然后利用三角谐波的正交特性,设计了1 g重力场下的多位置转台翻滚试验,分离出加速度计组件的各项静态误差系数的解析表达式;最后,分析了由基准误差引入的参数标定误差。利用双轴位置转台对标定方法进行验证,结果证明此方法能够有效标定出三轴加速度计组件的刻度因数、交叉耦合系数和零位偏置,满足系统设计指标要求。     

MEMS数字倾角仪的标定补偿方法研究

在介绍MEMS数字倾角仪组成结构的基础上,根据数字倾角仪内部MEMS加速度计的输出特性,对MEMS加速度计的敏感单元建立数学标定模型,提出并推导了一种适用于MEMS数字倾角仪的标定方法;该方法可以得到双轴MEMS数字倾角仪中加速度计的零位电压、标度因数矩阵、安装误差系数等敏感项参数;通过重力场静态翻转实验对实验室研制的数字倾角仪进行标定;最后使用MATLAB拟合计算得到所求标定参数,并对测试结果进行了误差分析和补偿对比;实验结果表明,该方法能使MEMS数字倾角仪的测量精度提高到±0.05°,可以满足高精度的角度测量需求。     

基于小波降噪和最小二乘的加速度计参数辨识

为了降低加速度计比较法冲击激励校准中,噪声对其动态模型辨识精度的影响,提出一种基于小波降噪和最小二乘的加速度计动态模型参数频域辨识方法。该方法首先利用改进的小波阈值降噪方法对参考加速度计和被校加速度计的输出信号进行降噪,然后利用最小二乘的方法对谐振频率附近的频率响应函数进行加速度计动态模型频域参数辨识。仿真实验和加速度计比较法冲击激励校准实验表明:该方法能够有效减少噪声对频率响应函数的影响,提高加速度计动态模型参数辨识精度。     

MEMS加速度计噪声分析与降噪方法研究

针对微机电系统(MEMS)加速度计的随机噪声对输出信号干扰的情况,提出了对加速度计噪声源及噪声类型进行辨识、估计与建模,并确定误差补偿的降噪方法,以提高加速度计精度.采用Allan方差分析法对MEMS加速度计的随机噪声进行分析,得到了影响MEMS加速度计性能的几种主要随机噪声,使用自回归滑动平均模型(ARMA)对加速度计输出数据进行数学建模,以最终预测误差(FPE)准则确定使用的模型与阶次.设计了Kalman滤波算法,对加速度计进行降噪,通过Allan方差方法对Kalman算法滤波效果进行分析.实验结果表明:Kalman滤波能有效降低加速度计的随机噪声.     

微机电加速度计的六位置标定

加速度计是惯性导航系统测量载体加速度和影响惯性导航系统精度的主要元器件.为提高惯性导航系统的精度,在使用加速度计以前需要进行加速度计的标定测试[1].主要介绍了微机电(Micro Electro Mechanical Systems,简称MEMS)加速度计的六位置标定法,以便从MEMS加速度计的误差模型中分离出MEMS加速度计的各项标定参数.这些参数包括MEMS加速度计的标度因数、零位漂移以及安装误差系数.并且在得到MEMS加速度计的各项标定参数后将其封装在C函数中进行了验证实验.实验结果表明MEMS加速度计的六位置标定法的原理简单并且在工程应用中容易实现,所得到的MEMS加速度计的输出不但反映了MEMS加速度计的实际输出,而且使MEMS加速度计的线性度得到改善.     

利用递推增广矩阵辨识加速度计的参数

介绍了加速度计的基本工作原理和结构模型,将加速度计的微分方程转换成差分方程,在传统最小二乘法辨识的基础上,采用递推增广矩阵的辨识方法对加速度计的参数模型进行辨识.通过Matlab对其仿真,得到被辨识参数的估计值与曲线图,说明采用递推增广矩阵辨识方法辨识系统参数具有辨识速度快、辨识精度高、辨识结果准确等特点.     

小型尾坐式飞行器航姿参考系统

针对小型尾坐式飞行器姿态实时解算问题,研究了低成本的航姿参考系统(AHRS).由于MEMS惯性器件精度较低,设计了混合卡尔曼滤波器,以姿态四元数和陀螺随机漂移为状态变量,抑制了载体长时间飞行时陀螺漂移造成的累积误差.由于加速度计输出值在除重力加速度之外的附加加速度较大时不可信,完善了判断载体运动状态的方法,根据加速度计的实际输出,选择加速度值或者磁场强度作为观测量.实验结果表明,设计的算法在精度和计算效率方面都能满足控制系统的需求,更加适用于对实时性有较高要求的飞行器.     

石英挠性加速度计正交双表测试方法研究

给出了在转台上标定石英挠性加速度计的正交双表测试方法。分析了转台误差源对加速度计误差模型辨识的影响,建立了g^2观测法的辨识模型,并在转台上进行了20位置试验。试验结果表明：正交双表法可以降低设备转角误差对加速度计模型参数估计结果的影响,从而显著提高加速度计测试精度。     

Indoor Positioning System Using Axis Alignment and Complementary IMUs for Robot Localization

An indoor positioning method for robots is presented to improve the precision of displacement measurement using only low-cost inertial measurement units(IMUs).Firstly,a high-fidelity displacement estimation for linear motion is proposed.A new robot motion model is designed as well as an axis alignment that only uses a single axis of the accelerometer.The integral error of velocity is eliminated by a new subsection calculation method.Two complementary IMUs are combined by assigning them different weights to obtain high accuracy displacement results.Secondly,an orientation estimation based on a fusion filter for the steering motion is proposed.Experiments show that the proposed method significantly improves the accuracy of linear motion measurement and is effective for the indoor positioning of a robot.     

基于多位置的MEMS加速度计快速自标定

针对MEMS加速度计输出信息受自身误差项(如零偏、标度因数、非正交误差等)干扰而影响器件自身测量精度的问题,提出一种不依赖转台设备的快速24位置标定方法.在分析MEMS加速度计输出特性基础上建立MEMS加速度计输出误差模型,设计并展开连续转停标定,利用重力特征实现加速度计误差修正.基于器件零偏、标度因数、非正交误差9个...     

基于奇异点的字典模型指纹方向场去噪方法*

方向场估计是指纹识别过程中非常重要的步骤。传统方法如基于梯度的方法等在处理潜指纹图像时很容易受噪音干扰,而最近提出的基于字典模型的方法无法解决“真词错误”的问题。针对上述问题,本文提出一种融合了零极点模型的字典模型的指纹方向场去噪方法,即将指纹方向场看做是零极点控制的方向场和平滑的残差方向场相叠加的结果,通过首先用零极点模型生成正确的零极点控制的方向场,然后用字典模型修正残差方向场方向场,最后将零极点模型生成的方向场与去噪后的残差方向场融合形成重建方向场,通过基于奇异点的字典模型,我们解决了“真词错误”的问题。为了验证算法的有效性,在NIST SD27潜指纹图像数据库上进行了实验。实验结果表明：对于潜指纹,本文算法能获得比字典模型更精确的方向场,继而可以更好地增强潜指纹图像,并在后续的匹配实验中取得更好的结果。     

一种适用于单轴MEMS倾角仪的快速标定方法及实现

针对单轴倾角仪核心元件MEMS加速度计零点电压和标度因数在反复上电后会发生改变,且在外场环境下,不能通过转台对其进行修正的问题,本文根据MEMS加速度计的安装误差、输出模型推导了单轴倾角仪的标定模型,提出了一种适用于单轴倾角仪的快速标定方法,并利用实验室研制的MEMS单轴倾角仪及LABVIEW软件编写的上位机对该方法进行了试验验证.实验表明,该快速标定方法可快速、准确地修正MEMS加速度计零点和标度因数的漂移,从而保证倾角仪的测量精度,具有良好的工程实践意义.     

基于IGSA优化的LSSVM制冷系统故障诊断研究

为提高制冷系统故障诊断的准确率,提出一种基于改进引力搜索算法(IGSA)优化的最小二乘支持向量机(LSSVM)的制冷系统故障诊断方法。首先,引入粒子群算法的速度更新机制对引力搜索算法进行改进,增加粒子的记忆性和信息共享能力,提高了算法的收敛速度和搜索精度;其次,利用IGSA对LSSVM的核参数与正则化参数进行优化,得到最优的IGSA-LSSVM故障诊断模型。最后,利用故障模拟实验台模拟制冷系统的四种典型故障,将优化好的LSSVM模型对其进行分类识别,并与标准LSSVM、GSA-LSSVM和PSO-LSSVM模型进行比较。仿真结果表明,基于IGSA优化的LSSVM方法具有良好的辨识能力和泛化能力,能够更好地对制冷系统故障进行诊断。     

一种面向机动的低成本姿态测量系统

载体作机动运动时,基于加速度计和磁传感器的姿态测量系统易受载体运动加速度的影响而导致测量精度降低.通过将GPS加速度引入重力观测方程,有效补偿了载体运动加速度造成的姿态测量误差.利用基于重力场和地磁场矢量观测的迭代最小二乘姿态确定算法得到修正罗德里格姿态参数.姿态信息通过互补滤波器与陀螺仪测量值融合以提高动态响应.实验结果表明,该低成本姿态测量系统可明显提高机动环境下的姿态测量精度,姿态角测量误差小于3°.     

大气阻力摄动下平均轨道根数在轨实时确定方法

为了满足卫星长期自主运行的任务需求, 本文同时考虑了大气阻力摄动和非球形摄动带谐项两种摄动对卫星平均轨道根数的影响, 提出了采用滤波算法在轨实时估计平均轨道根数的方法. 基于指数大气密度模型推导了大气阻力摄动下平均轨道根数的变化率, 分析了非球形带谐项摄动势函数对平均轨道根数的影响并推导了该影响下平均轨道根数变化率的通用计算方法, 由此建立了滤波状态方程以及以瞬时轨道根数为观测量的量测方程并分析了测量噪声特性; 为减小计算量以便于在轨实现,提出采用基于球形单边Sigma采样的平方根UKF (Unscented Kalman filter)滤波来估计平均轨道根数. 数值仿真结果表明, 该算法有效、精度较高且鲁棒性好, 能够满足卫星长期自主在轨实时计算平均轨道根数的要求.