基于两磁传感器极值比值的弹体横滚姿态测量

针对高转速弹体飞行过程中的高速旋转,微惯性器件无法满足测量要求的问题,提出利用两个磁传感器组合测量姿态的方法.将磁传感器组合中的一个与弹轴成锐角安装,利用两磁传感器输出的极值信息,采用极值比值的方法确定姿态,无需知道地磁场强度且解算过程中只需要标量运算.与Thomas Harkins,David Hepner提出的零交叉法相比,姿态角信息多且是单值的.针对极值比值算法及磁传感器安装角度误差进行了仿真,仿真结果表明:该算法具有较高的精度,解算的姿态角与真实姿态角相符;对磁传感器的位置误差修正后,姿态角的解算精度有所提高.     

基于互补-粒子滤波的MEMS 传感组件姿态数据融合算法

为解决现有的MEMS传感组件精度低、误差大和磁传感器测量的航向角数据噪声大、精度低等问题,提出基于互补-粒子滤波的姿态融合解算方法.先用互补滤波算法结合加速计和磁力计对陀螺仪的姿态角进行修正,再采用四元素法对陀螺仪数据进行粒子滤波.仿真实验结果证明:该算法能快速解算出姿态角,提高解算精度.     

四旋翼飞行器航姿测量系统的数据融合方法

针对小型四旋翼飞行器航姿测量系统中MEMS器件精度低、易发散等问题,提出一种新的数据融合方法,对航姿测量系统中陀螺仪、加速度计和电子罗盘的输出数据进行融合。利用MEMS惯性测量元件搭建了一个低成本航姿测量系统,分析了姿态解算的过程和难点,采用基于梯度下降的姿态融合算法,对四元数更新方程进行了补偿。实验结果表明:与目前常用的卡尔曼滤波算法相比,基于梯度下降的数据融合算法能显著降低对处理器速度和精度的要求,能有效融合航姿测量单元的传感器数据,提高小型四旋翼飞行器的姿态测量精度。     

基于自适应滤波算法的磁强计/陀螺组合误差修正

针对弹箭姿态测量中低精度陀螺姿态解算误差因漂移迅速增大的问题,文中采用三轴磁强计和陀螺组合测姿方案,对姿态角的输出进行修正。通过建立基于陀螺姿态解算误差角的状态方程和磁强计输出的误差观测方程,采用自适应卡尔曼滤波方法以抑制滤波发散并对姿态误差角进行估计。仿真结果表明:该方法能有效利用磁强计的输出抑制了陀螺漂移带来的误差,提高解算精度,满足长时间姿态测量的要求。     

基于非正交磁传感器组合的旋转弹体横滚角测试

针对微惯性传感器测量误差随时间严重发散且量程不能满足旋转弹体横滚角测量的要求,采用磁传感器组合对旋转弹体的横滚角测量及工程可实现性进行了研究。对于不同角度、位置安装的磁传感器,给出了其敏感轴上的数学表达式,并且利用两个非正交安装的磁传感器输出的极值之比与俯仰角呈固定关系进行姿态角求解。分析了产生奇异的条件和使用磁传感器进行横滚角测量的可行性,并对传感器布阵方案及解算方法进行了半实物实验。实验结果表明,俯仰角和横滚角的解算误差基本控制在1°以内,此测量方案适用于偏航角变化不大的旋转弹体。     

MEMS陀螺/磁传感器复合弹丸姿态测量

针对弹体高速旋转下一个微机械陀螺和磁传感器组合无法测量弹丸姿态角的问题,用磁传感器和微机械陀螺构建了新型低成本姿态探测系统。该系统由两个微机械陀螺和一个三轴磁传感器组成,通过测量弹体三轴磁场强度、双轴角速度,实现姿态探测。计算机仿真分析表明:该姿态测量系统可以准确地捕捉到弹体姿态角,实现高速旋转下弹体的姿态测量。     

抗干扰弹载地磁测姿系统设计

实时准确的弹丸姿态测试是实现高速旋转弹丸正确修正的关键技术。受弹丸高转速、发射时高过载及全天候使用等因素的限制,地磁测量弹体姿态成为解决该关键问题的唯一途径。根据地磁场基本特性、磁阻传感器测量姿态的基本原理,建立了飞行过程中实时解算弹体姿态的简化模型。针对弹体剩磁、舵机干扰等众多影响磁传感器准确测量的问题,设计了抗干扰的弹载地磁测姿系统。为了评估地磁测量弹体转速和滚转角的精度,与基于光敏器件和太阳方位角的绝对滚转角测量系统同时进行飞行试验,通过飞行试验验证,所设计的抗干扰系统有效地减小了弹体剩磁和舵机干扰的影响,基于地磁信息解算出的滚转角速率与光敏器件测量得到的绝对滚转角速率误差在0.5 Hz,解算出的滚转角度误差为6°,符合工程应用的要求。     

基于磁强计/陀螺的卡尔曼滤波定姿算法

针对基于磁强计的组合导航研究中,须事先确定滚转角这一不足,提出了一种磁强计和MEMS陀螺组合确定姿态的四元数卡尔曼滤波算法。利用陀螺测量的姿态角速率,结合磁强计输出的地磁分量测量值,运用卡尔曼滤波算法对三个姿态角同时进行最优估计,而不需要先验假设。仿真误差分析表明:姿态角解算结果具有较小的误差,且不随时间积累。     

一种基于速度加姿态匹配传递对准的稳瞄稳向方法

针对战车稳瞄稳向系统中单一惯性测量组合(IMU)组建的姿态测量系统初始对准时间较长,测量精度随惯性器件漂移影响较大的问题,提出了基于速度加姿态匹配传递对准的稳瞄稳向方法。仿真结果表明,提出的新方法可在10s内实现光电设备IMU的初始对准,并且能准确估计出光电设备IMU计算平台失准角。将结果用于解算姿态角的补偿,可大大提高稳瞄稳向精度。     

微惯性测量装置的性能试验及分析

以采用MEMS惯性器件组成的微惯性测量装置(MIMU)为试验对象,介绍了其中的惯性器件的主要性能指标的试验方法和试验结果,同时也给出了采用MIMU的输出数据进行姿态解算的试验结果。     

基于自适应阵抗干扰结构的双星定姿算法

文中就全球定位系统(GPS)姿态确定系统中抗干扰问题,提出基于自适应阵抗干扰结构的双星定姿算法。首先提出抗干扰定姿接收机结构,采用去耦最大似然法(DEML)方法估计出卫星信号在载体坐标系中的到达角(DOA),然后利用直接法求解出载体姿态。仿真分析了不同方位、不同更新速率和不同强度下干扰源对总姿态误差的影响,结果表明该算法在强干扰环境下具备较高的定姿精度和鲁棒性。     

基于地磁传感器与陀螺仪的姿态测量法

姿态测量系统是火箭弹简易制导领域不可或缺的一部分。文中基于地磁传感器与MEMS陀螺仪的姿态测量系统,对传统单点姿态测量方法进行了研究与改进。以MEMS陀螺仪解算所得的偏航角作为三轴地磁传感器输入,推导了姿态角测量方法。针对姿态测量方法,设计了三轴地磁传感器姿态测量模块,在三轴旋转平台上进行了半实物仿真实验。实验结果表明,改进后的方法可以满足火箭弹姿态解算,提高了姿态角解算精度。     

基于磁强计和陀螺的弹箭飞行姿态测试方法

提出了一种基于磁强计和陀螺的弹箭飞行姿态测试方法。利用地磁测量、陀螺测量和卡尔曼滤波器来解算姿态角的算法。设计一种基于地磁和陀螺的姿态测量系统,利用组合样机在三维无磁性转台上采集数据,分析和处理了实验数据,对卡尔曼滤波器进行了测试。结果表明:该算法可用于旋转飞行体的姿态测量。     

磁力计/卫星组合测量标定和滤波算法

针对磁力计/卫星定位系统组合测量载体姿态角的现实问题,根据影响测量精度不同因素的特性,研究提高测量精度的方法。采用最小二阶乘算法对磁力计进行标定消除系统误差;采用离散卡尔曼滤波算法消除测量误差带来的影响。试验结果表明：对于标定之后的磁力计,采用本文中所述的滤波算法使得测量绝对平均误差从2.366 1%减小到0.592 6%,证明该方法是有效的。     

利用磁传感器阵列磁场差值的舰船磁场反演建模方法

为抑制地磁场变化、人工设施磁干扰等磁场环境噪声干扰的影响,提出一种利用磁传感器阵列磁场差值的舰船磁场反演建模方法.对于每个测量时刻分别给出磁传感器阵列中各个磁传感器间磁场差值的计算公式,采用三维舰船磁单极子阵列模型构建利用磁场差值进行舰船磁源反演的线性方程组,基于正则化技术求解得到舰船反演磁源模型.通过典型虚拟舰船磁场...     

基于惯性/星敏感器的高精度定姿方法研究

研究了利用惯性导航系统与星敏感器进行组合定姿的方法。首先,分析惯导系统和星敏感器的误差源,选取惯导系统误差作为组合系统的状态,获得系统状态方程。然后,利用惯导系统输出的飞行器位置、速度和姿态等信息来构造恒星矢量等效观测值,将其与星敏感器实际观测到的恒星矢量相减作为量测,构造出量测方程。最后,利用卡尔曼滤波技术,设计惯性/星敏感器组合定姿算法。仿真结果表明,基于惯性/星敏感器的组合定姿方法达到了6角秒的定姿精度,非常适用于空间飞行器的高精度定姿。     

基于磁传感器/GPS组合制导飞行弹体的姿态和位置估计

提出一种基于磁传感器/GPS组合制导的飞行弹体的姿态和位置估计方法。使用两个简化的随机动态方程分别建立飞行弹体的轨迹和姿态动态模型,利用GPS和磁传感器的测量值,基于Kalman滤波和Unscented变换(UT)的组合滤波器,得到弹体轨迹和姿态角的估计值。对155 mm旋转弹的仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。     

基于总体最小二乘的捷联三轴磁力仪标定与地磁场测量误差补偿

提出了一种磁力仪标定与地磁场补偿一体化的方法。对捷联三轴磁力仪的测量过程进行误差分析,建立包含磁力仪标定误差与地磁场测量误差的参数化模型。针对测量噪声的分布特性,采用基于总体最小二乘（TLS）算法对模型的参数进行了估计。仿真结果与实验结果均表明,与传统的基于最小二乘（LS）方法相比,基于TLS算法的参数估计精度更高,能够获得更好的补偿效果。     

基于联合估计迭代算法的三轴磁力仪标定补偿方法

地磁场测量过程中,三轴磁力仪受到多种干扰因素的影响而产生误差,对测量精度造成影响。在分析地磁场测量值误差来源的基础上,建立了三轴磁力仪测量一体化模型,提出采用联合估计迭代算法对其进行标定,并比较了该方法与扩展卡尔曼滤波算法、非线性最小二乘算法的性能。在仿真结果基础上,构建实验系统对所提方法进行实验验证。仿真和实验结果表明：3种方法中,联合估计迭代算法补偿误差均值和标准差最小,且收敛速度最快,可将三轴磁力仪测量值误差均值由142.4 nT降至12.5 nT,标准差由170.0 nT降至29.2 nT, 抑制比达到84.51%;为三轴磁力仪的标定补偿提供了一种有效的方法。