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°.     

A singular perturbation-based algorithm for compensation of pseudo-coning error for strapdown inertial navigation

提出了一种新的高精度捷联惯导系统(SINS)姿态更新算法——基于奇异摄动理论的算法.该方法是对伪圆锥误差较大的传统Savage姿态更新算法改进,它运用奇异摄动理论抑制载体真实的角运动频率与宽频带噪声的频率混叠在一起时出现的圆锥误差放大现象——伪圆锥误差,同时将陀螺输出分为快变部分和慢变部分,利用陀螺敏感的载体角运动与陀螺非理想输出信号的两时间尺度特性补偿伪圆锥误差.该算法通过可调参数以控制任意频段的伪圆锥误差的影响,实现算法精度的提高.仿真结果表明,此新方法与目前高精度的Savage四子样算法相比不仅能够提高姿态更新的精度和速率,而且具有良好的灵活性和较小的计算量.     

光栅编码器在激光陀螺平台系统中的应用

针对激光陀螺平台系统中测角装置高精度、高稳定度与合适动态范围的技术要求,选用RENISHAW新型增量式圆光栅作为测角装置.采用FPGA芯片设计了光栅测角系统的信号处理电路,对光栅信号进行了时序同步、抗干扰数字滤波、倍频与鉴相,设计了计数电路及与上位机的通信接口.分析了误差产生的原因,并利用激光陀螺标定了测角装置的实际测量精度.实验结果表明,设计实现的测角装置测角分辨力为3",测量精度优于±8",动态角速率测量范围为O°/s～360°/s,测量结果准确,性能稳定.     

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.     

固态波动陀螺的相位跟踪和解调

固态波动陀螺信号的解调和调制决定了控制信号和输出信号的精度,而解调和调制依赖于相位跟踪器生成的本地载波精度,良好的相位跟踪器消耗硬件资源少,并能保证陀螺组件的整体性能。本文设计了一种通过CORDIC算法实现的固态波动陀螺的相位跟踪器和解调器。通过研究分析发现,以CORDIC算法为核心的相位跟踪器适合FPGA数字控制方案,它有资源消耗低、不需要外接存储芯片等优点。     

基于SVD-Rife算法的声表面波应变传感器高精度解调方法设计

目的提出一种可用于储运材料表面应变检测的声表面波(SAW)检测方法,设计一种基于SVD-Rife算法的高精度SAW应变传感器解调方法。方法利用SVD方法实现对SAW谐振器回波信号去噪,以提高解调精度;基于Rife算法设计一种谱细分估计方法,该方法可减少系统的硬件要求,提高谱估计精度。结果对设计的解调方法进行了仿真和实验,仿真结果表明估计方差得到改善,最大误差为0.25 kHz。对提出的SAW应变传感器进行了实验,得到的传感器线性度为1.45%,重复性为1.09%,与传统的解调方法相比线性度得到改善。结论实验结果显示所设计的解调方法可用于储运材料表面应变的检测。     

基于EKF的地磁/陀螺信息融合姿态测量算法研究

针对智能弹药机动飞行中仅利用地磁信息制导时无法实现全姿态角解算的问题,提出一种采用三轴陀螺仪角速率信息辅助三轴磁传感器信息进行弹体姿态角解算的EKF融合算法。算法利用磁传感器测量模型和四元数微分方程建立观测方程和状态方程,并分别对非线性的系统进行线性化得到卡尔曼滤波方程。通过在高速飞行仿真转台上进行半物理仿真试验,最终全姿态角的解算实现对地磁/陀螺信息的融合。经过对仿真信号的处理,在弹体俯仰角±30°变化的情况下,该EKF融合算法解算滚转角和俯仰角比传统单纯依靠地磁信息进行滚转角和俯仰角解算的精度提高近一个数量级,并且解算偏航角误差在1°以内。     

一种时域解调激光干涉仪调制信号的方法

针对某低频水平振动校准设备的激光干涉仪,利用NI公司的多功能采集卡,采集激光干涉仪的调制信号及与其同相位的电容式位移传感器的输出信号.根据激光干涉仪调制原理,提出一种时域解调调制信号的方法.根据调制信号条纹的时域特性和它被限幅的实际特点,利用labview软件实现了信号的解调,并将电容位移传感器信号作为参考信号,还原解调后信号的相位,从而得到振动台高精度的振动波形.实验证明,此方法对连续振动信号的解调效果良好,具有较好的重复性和稳定性,精度可达到激光干涉仪发射激光波长的四分之一.     

基于滑动滤波技术的激光陀螺评价方法

激光陀螺是一种以量化脉冲的形式输出角增量的数字传感器,量化误差如同白噪声一样影响着激光陀螺的测试精度。为了准确评价激光陀螺的性能,减少量化误差对激光陀螺测试数据的影响,本文应用滑动滤波技术对激光陀螺采样数据进行滤波处理,理论分析及实验结果表明,该方法有效地降低了量化噪声从而实现了对激光陀螺的准确评价。     

使用光纤陀螺进行精确测量的矢量调制法

以光纤陀螺工程测量为例,提出了精确测量矢性物理量的矢量调制法。依据调制解调原理和线性系统理论,矢量调制法使用机械转动方法,将输入信号在进入传感器之前调制成为正弦波;由于线性传感器的频率保持性和叠加特性,对传感器输出信号解调,将得到准确的输入响应,由此去除常见的传感器偏置、偏置的漂移、干扰与噪声。与其它抑制测量误差的方法(最优估计、滤波等)相比,提高测量精度效果更明显。初步实验表明,使用低精度光纤陀螺能够测量地球自转角速率,能够从 mV 级直流量、峰峰值(-18mV, 1mV)的噪声和干扰中分离出北向地速响应,与北向地速响应的计算值 0.03mV 接近。     

Instantaneous phase method for readout signal processing of body dithered ring laser gyro

The readout signal of a body dithered ring laser gyro contains both useful information and the dither component. The dither component must be removed to get the useful information. The dither stripping method can get the useful information without latency. But the quadrature demodulator only has 1/4 pulse resolution, which means that the quantization noise will limit the short-term accuracy. The effect and the property of quantization noise are analyzed in detail. Taking advantage of high-speed analog-to-digital conversion (ADC), the analog values of the two beat frequency signals in quadrature are sampled. A novel instantaneous phase method is introduced, which can get the residual phase besides 4× resolution and the quantization noise can be removed radically. The Allan variance analysis of experimental results shows that the quantization noise coefficient using this method is only 1/7 of that using the original 4× resolution method.     

《谐波小波在动不平衡信号提取中的应用》

根据谐波小波的相位锁定、窄带分析功能以及在时域具有明确的表达式的特点,给出了基于谐波小波的自适应滤波方法及算法。该方法根据信号的相关性,通过谐波小波与振动信号在时域的相关运算,从而提取出动不平衡信号。基于Labview开发系统进行仿真和应用试验,结果表明：通过谐波小波自适应滤波,能够精确提取动不平衡信号。该滤波方法简单、实时性好,可满足高精度动平衡测试的要求,具有较强的应用价值。     

小波变换与卡尔曼滤波结合的RLG降噪方法

针对激光陀螺随机游走噪声其非平稳和非正态分布的特性,提出了基于小波变换的卡尔曼滤波的RLG降噪方法,该方法既具有小波变换对自相似过程的去相关作用和多分辨分析的功能,同时又保持了卡尔曼滤波器对未知信号的线性无偏最小方差估计的特点,实现了激光陀螺随机游走噪声的实时多尺度分解和最优估计。实测激光陀螺零偏信号去噪的结果表明,基于小波变换的卡尔曼滤波器使随机游走噪声的标准差降低了10.3%,降噪效果优于传统的卡尔曼滤波器。     

FUZZY-PID在激光陀螺稳频控制中的应用研究

在分析环形激光陀螺光强控制系统原理的基础上 ,针对自行研制的激光陀螺 ( RLG)计算机稳频控制系统的情况 ,研究了 FUZZY- PID与常规 PID控制算法 ;介绍了一种应用模糊推理功能实现 PID参数自整定的控制器 ,它是在常规 PID调节器的基础上 ,采用模糊推理思想 ,根据不同的 E和 EC,对 PID参数 KP、KI、KD 进行在线自整定的模糊控制器。仿真结果表明 :系统的动、静态性能都符合指标 ,该算法是实现激光光强控制进而完成激光频率控制较理想的控制算法。     

基于DOP监测的PMD补偿的实现与性能分析

针对偏振模色散(PMD)限制光纤通信系统向高速率和长距离发展的问题,本文提出了基于偏振度(DOP)监测的PMD动态自适应补偿系统的设计方案.该方法根据DOP与差分群时延(DGD)之间的关系,通过控制算法实现DOP最佳值的搜索和跟踪,由DOP的变化反映PMD的大小及其补偿效果,采用调节偏振控制器波片的角度和可变时延线,调整两基本偏振态,不断优化DOP使其趋于最佳值,构建了闭环补偿系统.实验结构表明,发生裂化的信号波形得到了有效恢复,眼图张开度得到明显改善.实验中,系统的补偿响应时间约为110 ms,补偿后信号的误码率为3.59e-16,达到了系统对传输误码率的要求.     

一种新的多重水印算法

水印对多种攻击的鲁棒性仍然没有得到很好的解决.针对单一水印在受到多种攻击时无法保证足够鲁棒性的问题,提出了一种DCT域的多重鲁棒水印算法.首先对原始图像进行采样,并把图像分成两组,采用两种不同的调制方式,即抖动调制和基于选择块的DCT系数调制嵌入有意义的二值图像水印.与已有算法相比,加水印图像可以获得更好的质量.在DCT的不同频率分量中嵌入水印,保证了水印图像在受到常见的各种攻击之后至少有一个清晰可见.实验结果表明了算法能有效地抵抗常见的信号处理攻击,并且当存在多种攻击的时候,至少有一个水印图像清晰可见,从而为版权保护提供证据.     

Improved direct torque control of induction motor with dither injection

In this paper, a three-level inverter-fed induction motor drive operating under Direct Torque Control (DTC) is presented. A triangular wave is used as dither signal of minute amplitude (for torque hysteresis band and flux hysteresis band respectively) in the error block. This method minimizes flux and torque ripple in a three-level inverter fed induction motor drive while the dynamic performance is not affected. The optimal value of dither frequency and magnitude is found out under free running condition. The proposed technique reduces torque ripple by 60% (peak to peak) compared to the case without dither injection, results in low acoustic noise and increases the switching frequency of the inverter. A laboratory prototype of the drive system has been developed and the simulation and experimental results are reported.     

扭振信号拓扑网络的轧机动态扭矩测量

为解决实际测试中轧机传动系统关键点处动态扭矩不易同时测量的难题,提出一种扭振信号拓扑网络的轧机动态扭矩测量方法。通过把扭振计算的力矩和转角位移看作系统的输入输出信号,依据拓扑思想,建立信号之间的扭振信号拓扑网络模型。把有限实测点的测试数据代入扭振信号拓扑网络模型,可获得传动系统中其它关键点处的扭振参数值。轧机实际现场扭矩测试和数据分析处理结果验证了理论推导的正确性。这为轧机现场监测中不易同时布置传感器且非同轴的关键测点的振动参量获取提供了有效方法。通过编制程序可以实现轧机扭振在线监测和故障分析,从而保证轧机正常平稳运行。     

基于慢度估计的次声台阵信号自动检测算法及应用

针对次声监测研究领域广泛使用的短时间与长时间信号功率比检测方法性能不能满足要求,渐进多通道互相关检测算法虚警率较高的缺点,利用信号的时、频、波数域特性和次声台阵各子台信号的互相关性特性,提出了一种基于次声台阵信号慢度估计的自动检测算法。次声信号慢度估计结果的合理性、一致性是该检测算法的依据。考虑到该检测算法计算量较大,在具体应用中加入其他计算量较小的传统算法,进行逐次检测,最后应用的慢度估计方法既是一种检测方法,也是对其他检测算法结果的最终审核,一方面可以降低单项检测方法对检测参数的敏感性,另一方面也可提高检测的正确率(虚警率和漏警率同时降低)。该复合检测算法应用于某实验次声台站信号的检测(信噪比大于1.1),结果虚警率为4.0%,漏警率为5.0%,表明了该方法的优良性能。从检测应用处理结果还可以推测,结合一个区域现有密集的地震台站数据和2~3个次声台阵的数据,可以方便地识别、监控爆破方式日益复杂的人工爆破事件和真正的地震(余震)事件,为地震灾害减灾防灾、采矿监控等多领域服务,具有重大推广价值。