基于Allan方差的MEMS陀螺仪随机误差分析方法

MEMS陀螺随机漂移误差是制约惯性导航精度的主要原因,本文通过Allan方差分析方法,得出MEMS陀螺随机漂移误差主要来源以及各种误差的性能参数.该方法为分析陀螺性能指标、提高惯性导航精度奠定了基础.本文介绍了Allan方差定义,陀螺各项随机误差与Allan方差的关系,搭建了MEMS陀螺组件,通过高精度转台实验静止采集陀螺仪数据.利用Allan方差分析得出MEMS陀螺各项随机误差性能指标,验证了该方法的可行性.     

改进小波阈值法在MEMS陀螺随机误差分析中的应用

由于传统小波阈值去噪法在减小MEMS陀螺随机误差有很大的局限性,介绍一种改进阈值函数去噪法,通过调整阈值函数,克服传统方法的缺点和不足,从而减小MEMS陀螺随机误差,提高MEMS陀螺的精度。首先介绍传统阈值函数去噪法,然后基于传统阈值函数进行改进,提出一种新的阈值函数。采用改进后的方法对MEMS陀螺输出数据进行处理,并用Allan分析法比较传统方法与改进方法的效果。实验结果表明,角度随机游走(N)减少78.85%,零偏不稳定性(B)减小82.14%,角速率随机游走(R)减少92.53%,均值下降90.6%,均方差下降70%,信噪比增加26.43%,提高MEMS陀螺的精度。     

EMD降噪在高速铁路路基沉降预测中的应用

高速铁路路基实测沉降曲线通常含有噪声,不宜直接进行曲线拟合。将EMD降噪法引入到沉降预测中,首先对路基沉降观测数据进行滤波降噪,然后将降噪后的沉降曲线作为原始数据进行曲线拟合。结合数学模拟实验和京沪高速铁路典型路基沉降板观测数据,分析了EMD降噪效果和降噪后的沉降预测结果。分析结果表明,EMD降噪很好地消除了混杂在实测沉降曲线中的随机误差和异常的波动成分;降噪后的沉降速率曲线更为平缓,能直观地反映出沉降趋于稳定的时间和过程;降噪后的曲线拟合相关系数高,误差平方和小,沉降预测精确度得到了显著提高且能够满足评估指南的要求。     

基于小波降噪算法的动态测试系统

针对目前陀螺导航装备缺乏动态性能测试方法的状况,本文提出并实现了车载动态性能测试系统.并根据航向数据非连续变化的特点,提出了基于周期平移的小波阈值降噪算法.该算法通过对信号的分段周期平移、阈值降噪、逆平移的方法实现降噪,有效地克服了常规小波阈值降噪算法带来的Pseudo-Gibbs现象.仿真及实测数据表明采用该算法能够在有效剔除异常点、消除噪声的同时,消除降噪信号中的Pseudo-Gibbs现象.跑车实验表明车载动态性能测试系统为陀螺导航设备提供了有效的解决方案和统一的测试平台.     

高精度光纤陀螺信号的在线建模与滤波

针对高精度光纤陀螺随机误差,在分析其一般时间序列模型的基础上,提出了一种改进型二阶自回归AR(2)模型,可以在线建立光纤陀螺随机误差模型.根据该模型,采用卡尔曼滤波算法,实现了光纤陀螺惯导系统在对准与导航过程中光纤陀螺随机误差的实时滤波.滤波结果和Allan方差分析证明,光纤陀螺信号中角随机游走、零偏不稳定性、速率随机游走、速率斜坡和量化噪声五项噪声源误差系数都小于滤波前的二分之一,有效减小了光纤陀螺随机误差,提高了光纤陀螺精度.     

基于最小二乘平滑滤波与CEEMDAN的光纤陀螺信号处理研究

针对光纤陀螺在面板堆石坝面板挠度监测中易受到噪声干扰,难以准确提取反映结构变形特征信号的实际问题,提出一种基于最小二乘平滑滤波与CEEMDAN混合降噪的方法。该方法运用CEEMDAN将光纤陀螺实测信号进行分解,得到一系列IMF分量。分别对每一阶IMF分量进行傅里叶频谱分析得到幅值谱图和幅值的方差,根据幅值方差的大小判断噪声IMF分量与有用信号IMF分量的分界,结合最小二乘平滑滤波对噪声IMF分量进行降噪。最后将降噪后的IMF分量与有用信号IMF分量进行重构,得到降噪后的光纤陀螺信号。通过对仿真信号和水布垭面板堆石坝面板挠度监测的实测数据进行分析,该方法能有效滤除噪声信号,准确提取反映结构变形的特征信号,验证了该方法对实际工程中光纤陀螺测量信号降噪的可行性和适用性。     

基于均匀设计的MEMS陀螺温度标定试验设计

针对传统的温度试验方案存在试验量大、耗费时间长的问题,提出基于均匀设计法的三轴微电子机械系统(micro-electromechanical systems,MEMS)陀螺温度标定误差补偿试验方案。设计基于均匀设计的四因素(测试温度点、温变速率、MEMS陀螺转速及转动方向)试验方案。首先,构造试验所需的均匀设计表;其次,根据LP-偏差确定MEMS陀螺温度标定误差补偿实验的最佳试验方案;最后,搭建出MEMS陀螺温度标定的实验装置进行测试。试验结果表明:与将每一个因素的不同水平组合的全面设计方案相比,该试验方案不仅节省12.5%的试验时间,还进一步减少MEMS陀螺温度标定误差试验量,缩短研究周期,节约试验成本。     

基于MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统

提出了一种基于低成本MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统,包括MEMS速率陀螺、MEMS磁强计、单轴MEMS加速度传感器.重点研究了基于扩展Kalman滤波（EKF）的姿态估计创新算法,通过速率陀螺更新误差状态四元数计算姿态角,并通过飞行方向的加速度传感器和三轴磁强计来补偿陀螺漂移和姿态角误差,利用扩展卡尔曼滤波方程消除瞬时干扰,实现高动态姿态测量.系统的仿真和高动态实验表明,姿态测量动态精度低于5°,静态精度低于0.7°.     

多重门限奇异值分解方法的实例验证

目的 提出一种基于奇异值分解(SVD)技术和Hanke矩阵的多重门限奇异值分解方法(MTSVD),对测量源数据进行降噪,使其更接近理论值,减少试验误差对后续计算结果的影响.方法 对获得的系统频响函数(FRFs)施加10％的随机误差,之后利用文中提出的MTSVD方法进行降噪处理,并与未经过去噪处理的预测结果以及经奇异值累积法获得的降噪结果进行对比.结果 利用MTSVD方法对试验获取的耦合系统频响函数进行处理后,得到的修正值更接近理论值,并且该方法的降噪效果优于现有的奇异值累积法.结论 验证结果表明文中提出的MTSVD方法能有效降噪,减少试验测量源数据携带的误差,使其更接近理论值,因此该方法在运输包装领域具有良好的可行性和应用前景.     

光纤陀螺随机误差特性仿真与辨识

分析了光纤陀螺的各项随机误差特性,给出了各项随机噪声的仿真方法.运用不同的随机过程模拟各种随机噪声,采用正交小波变换的方法模拟1/f噪声,用白噪声一次离散积分的方法模拟速率随机游走噪声,用一阶马尔可夫过程模拟指数相关噪声,并给出了仿真结果.提出了基于Allan方差、小波分析和功率谱密度的随机误差辨识方法,对光纤陀螺的随机误差特性进行了辨识研究.