三轴磁阻电子罗盘的设计和误差补偿

设计了一款具有倾斜补偿功能的三轴磁阻电子罗盘,并对样机系统做了误差补偿。本系统以磁阻传感器HMC1043和MEMS加速度传感器ADXL203为信号采集模块,以MSP430F149单片机为信号处理模块,分别获取、处理磁场和重力加速度信息,并通过液晶显示模块LCM6432ZK显示载体的航向角和姿态角。结合经典的椭圆假设法和傅里叶级数模型,对系统的误差进行补偿。实验结果表明,设计的磁阻电子罗盘实现了集成化和智能化,能实时显示载体的航向角和姿态角,航向误差可稳定在±0.6°以内。     

基于惯性/磁力传感器的行人3维轨迹跟踪技术

为实现行人3维轨迹跟踪,采用惯性测量单元和电子罗盘组成的导航模块,固联于步行者鞋面上,根据行人步行运动的周期特性,结合四元数法和改进的航姿参考系统算法对步行姿态角尤其是航向角进行高精度估计.在分析速度误差产生原因的基础上,提出一种新的零速度校正技术,并利用行人垂直方向的步行速度判断步行状态,对高度进行补偿,实现了对行人3维轨迹的高精度跟踪.通过直线往返行走、矩形线路行走、上下楼梯等实验,验证了本文方法的有效性和可行性,实验中2维轨迹精度在0.5 m左右,3维轨迹精度在1 m左右.     

由椭球到圆球的磁传感器补偿技术

针对低成本电子罗盘在大倾角情况下航向角误差急剧增大这一问题,将误差的补偿假设为由椭球到圆球过程.研究了基于姿态误差矩阵补偿的校正算法,将电子罗盘的补偿技术由平面椭圆补偿拓展到空间椭球补偿.通过最小二乘法、牛顿法、最速下降法等手段求解得到了最终的姿态误差矩阵.通过实验可以证实:此方法可以有效减小电子罗盘在大倾角情况下的航向误差,并且具有成本低、简单和可靠性高等优点.     

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。     

轮式移动机器人的位置量测输出反馈轨迹跟踪控制

针对机器人的姿态角难以精确测量的困难,本文研究基于位置测量的轮式移动机器人的轨迹跟踪问题.首先提出一种利用机器人的位置信息估计其姿态角的降维状态观测器,当机器人的线速度严格大于零时,可保证姿态角观测误差的指数收敛.然后给出一种新的状态反馈轨迹跟踪控制律,当参考轨迹满足一定的激励条件时,可以保证机器人的线速度严格大于零且跟踪误差全局渐近收敛.进一步结合姿态角观测器和状态反馈控制律,得到一种输出反馈轨迹跟踪控制算法.理论分析表明,当参考轨迹满足一定的激励条件时,所提出的输出反馈控制算法可以保证跟踪误差的全局渐近收敛.最后对所提出的姿态角观测器、状态反馈和输出反馈轨迹跟踪控制算法进行了仿真验证,证实了算法的有效性,并且当存在位置测量误差时,所提出的输出反馈轨迹跟踪控制算法仍可以保证机器人对参考轨迹的实际跟踪.     

电子罗盘水平状态下航向角误差补偿算法的研究

针对电子罗盘测量时存在传感器的零位、灵敏度误差和干扰磁场引起的航向角误差问题,应用一种航向角误差补偿算法进行校正;在分析了电子罗盘航向角测量的工作原理、航向角误差形成原因的基础上,详细阐述了该补偿算法的实现原理,并通过LbVIEW软件仿真验证;同时设计了两种测量方案和测试系统,利用HMC1043芯片的电子罗盘进行多次实测验证并得出结论;实验结果表明:补偿后电子罗盘测量的航向角误差在4.5°以内;该补偿算法补偿效果良好,实现简单。     

HMC5883L 电子罗盘的误差补偿系统设计

在已经设计的三轴数字陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子罗盘与 ATmega128相结合的姿态测量系统基础上[1],设计了上位机软件获取机器人的姿态信息,此软件能够将获取的姿态信息进行分离。针对电子罗盘的角度信息受到周围磁场干扰比较严重的问题,使用椭圆假设法以及八方向二乘法对电子罗盘的角度信息分别进行了修正,并在不同的实验环境下测试了角度纠正的正确性。     

深空探测航天器姿态的自抗扰控制

本文针对一种带有挠性附件和液体晃动的深空探测航天器姿态控制问题,提出了自抗扰控制律.该控制律可以自主、有效地抑制挠性附件弹性振动和液体晃动对姿态角运动的耦合作用以及处理大范围的扰动和系统不确定性.基于四元数生成角速度跟踪指令,把控制问题由姿态角控制转化为角速度控制.通过设计扩张状态观测器实时估计并补偿角速度通道总扰动并结合角速度偏差反馈,使得角速度快速跟踪指令,进而实现控制目标.仿真结果验证了控制律的有效性和鲁棒性.     

基于灭点查找的姿态角测量方法在路面三维重建中的应用

在对机场道路或高速公路直线段等平直路面的三维重建应用中,针对道路平直的特点,提出了基于灭点查找的姿态角测量方法来校正扫描仪获取的路面三维重建结果.该方法通过提取前视图片中道路灭点的像素坐标来获取运载平台实时的航向角和俯仰角信息,在此基础上结合运载平台的速度信息获得行驶轨迹,最后以行驶轨迹为参考对扫描仪获得的点云数据进行...     

电子罗盘的航向数据的修正

电子磁罗盘作为天线座架栽体姿态的测量装置，提供载体的航向、横摇、纵摇等姿态信息。依据罗盘提供的横摇、纵摇以及当前的栽体角计算出当前的航向角，用它与罗盘提供的航向角的差值修正罗盘提供的航向角．可获得较高精度的航向角，并提高系统的快速性。     

不稳定平台无人机回收光测技术研究

针对不稳定平台尤其是晃动平台对无人机的精确回收,采用光学测量的引导方法。回收的关键在于消除平台晃动对测量的影响,即解算坐标系间相对位姿。在三点最小配置情形下,其他多数算法常存在奇异性。利用两组欧拉角向量表示的两次坐标系旋转来解决。基于此原理设计了室内实时测量模拟试验系统,通过实时跟踪、交会测量与坐标转换最终得到无人机在惯性系中的位置和姿态,用于回收。大量试验验证了方法正确有效、实时性和稳定性好、位姿精度高。详细分析了平台晃动对回收的影响及误差来源,为实际应用提供试验支持。     

无线电罗盘自动测试系统的硬件平台设计

无线电罗盘是重要的机载设备之一，可保障航向角的连续获取。通过对罗盘工作原理和关键电路的分析，开发了一套基于VXI和GPIB总线程控仪器技术，具有通用性、扩展性和先进性等特点的无线电罗盘自动测试系统。该文完成了无线电罗盘自动测试系统硬件平台的设计工作，包括硬件平台体系结构、各种适配器、测试方案设计等工作。     

基于HMC5883的电子罗盘设计

针对低功耗的手持导航应用,提出了一种基于数字磁阻传感器和MEMS加速度计的小型低功耗电子罗盘设计方案.介绍了电子罗盘工作原理、硬件设计及软件算法,并在分析磁性物质影响的基础上提出了合理可行的矫正方法.实验表明,该电子罗盘能准确测量罗盘朝向,并且功耗低、运行稳定,具有倾斜补偿及校正功能,可用于普通导航领域.     

三维磁阻式电子罗盘的设计与实现

所设计的三维磁阻式电子罗盘的硬件方面是由三维磁阻传感器HMC5883l(深圳市凡高科技有限公司)、三维加速度传感器ADXL345B(深圳市创联发科技有限公司)以及微处理器MCU LPC1114FBD48(NXP公司)所组成,来测定系统的航向角、俯仰角和翻滚角。软件方面,通过对误差来源的分析,提出了椭圆拟合误差校正方法,来消除影响罗盘测量精度的误差,实现了高精度、运行稳定的三维电子罗盘。     

Computational model of an inclined aerial ropeway and numerical method for analyzing nonlinear cable-car interaction

The main objective of the paper is to present the computational model of a bi-cable aerial ropeway, which provides a scope for investigating the nonlinear interaction between the carrying cable motion and the swaying motion of traveling passenger carriers, depending on cable track inclination. To solve nonlinear equations of motion of two coupled sub-systems: multi-span cable and carriers idealized as physical pendulums, the special numerical method is developed, where initial vibrations of carriers (before entering a cable track) are used as a base for predicting further history of motion. Numerical analysis performed for different inclinations of a cable track led to the conclusion that nonlinear interaction effects are not significant and can be neglected to simplify the computational procedure in further research.     

基于分形三维L系统的真实树木摇曳动态模拟

如何真实且快速地模拟树在风中的自然摇曳是计算机图形学中一个非常具有挑战性的问题。针对树在风中的摇曳变形,提出了一种将分形技术和物理力学变形技术相结合的方法。该方法首先利用分形技术建立了树木模型,然后根据风力级数的强弱模拟风场,并结合树的层次结构特点,给出了风力模型,在此基础上根据物理力学原理进一步模拟了树的摇曳变形。实验表明,用该算法模拟树在风中的摇曳,可以简便快速地得到效果较好的动画系列画面,生成的树木逼真且多姿多态。     

履带式机器人虚拟控制平台的研究与设计

针对目前多履带机器人运动规律的探索难以深入和运动效果的展示难以实现等问题,研究并设计了一种基于虚拟实现技术而建立的履带式机器人控制交互展示平台;结合该辅助平台的建立过程,探讨了履带式机器人的虚拟遥操作技术,以及其虚拟显示与实际控制的同步性问题,提出了履带式机器人构建接触模型的处理方法,给出了其虚拟端运动学仿真以及相关的数学模型,使得平台控制可以借助于虚拟的反馈为依据;所讨论的设计方法和技术途径可为构建和开发其他相似的仿真平台提供参考和借鉴。     

一种磁阻式电子罗盘测试和标定方法研究

在分析了影响磁罗盘工作过程中可能存在的误差及其来源,针对罗差误差,提出一种椭圆假设补偿法与最小二乘法求补偿系数相结合的方法对电子罗盘进行标定。实验验证了最大误差达34.2°的电子罗盘系统经过标定补偿后误差降至3°以内,能基本满足一般导航系统的要求。该方法也适用于其他磁罗盘的标定。     

跟踪式航向解算方法在磁通门罗经中的应用

为了将磁通门罗经检测的地磁航向信息转换为方便微机处理的数字量,将跟踪式航向解算方法应用于磁通门罗经。分析了磁通门罗经的工作原理和地磁航向信号形式;阐述了跟踪式航向解算方法的基本思想;给出了实验测试数据。测试结果表明：采用跟踪式航向解算方法的磁通门罗经的航向精度满足地磁罗经精度要求。     

高精度电子指南针的设计与实现

近年来，电子指南针被广泛的运用于导航设备中。本文首先介绍了电子指南针工作的原理和实现方案，然后深入分析了误差中对指南针精度影响较大的倾斜误差，并针对该误差提出了一种合理的解决方案。最后文章对电子指南针系统中的各种误差做了小结，并提出了一种平滑滤波算法来消除误差的影响。实践证明该方案极大地提高了系统的稳定性和精度。