UKF滤波在MIMU/GPS组合导航系统中的应用

微惯性测量组件(MIMU)的陀螺和加速度计随机误差较大,系统短时间内的计算误差发散很快,本文推导了惯导误差的Φ角非线性模型,模型的状态变量包括:位置误差,速度误差,数学平台的姿态误差角,陀螺和加速度计的常值偏置.MIMU经过初始对准后,方位误差角可能仍然很大,误差具有较强的非线性,本文使用UKF滤波方法来对误差进行估计,利用GPS来辅助MIMU进行组合导航,通过输出和反馈互相结合的混合校正方式提高了导航精度.     

一种微惯性测量单元标定补偿方法

在介绍微惯性测量单元组成与结构的基础上,根据MEMS惯性器件的输出特性,建立了微惯性测量单元中加速度计和陀螺仪的数学标定模型,提出并推导了一种适用于微惯性测量单元的标定方法,该方法可以得到微惯性测量单元中惯性传感器的零位、标度因数、安装误差系数及g值敏感项等33个参数;然后,具体介绍了通过加速度计重力场静态翻滚试验和陀螺仪恒角速率试验对MIMU中参数标定的方法和步骤,并对实验室自研的MIMU进行了标定;最后利用得到的标定参数对测试结果进行了误差分析与补偿;实验结果表明,该方法使MIMU的测量精度提高了1～2个数量级,能够满足姿态解算及导航计算的精度要求。     

低成本无人机姿态测量系统研究

由于低成本的MEMS惯性器件本身的限制,单独使用时精度低、稳定性差,在短时间内会产生较大的误差,无法完成长时间中等精度的导航,解决这个问题常用的方法是采用现代信息融合技术来提高姿态测量系统的精度。利用地磁场、重力场这2个姿态参考向量,采用扩展Kalman滤波(EKF)对不同来源姿态数据进行数据融合,实现了低精度MIMU与磁传感器组合航姿系统。仿真和实验证明:3个姿态角的静态误差小于0.5°,航向角的动态误差小于3°,该系统能够保证无人机姿态测量的精度。     

用于末敏弹稳态扫描运动测量的微惯性测量单元标定方法研究

对用于末敏弹稳态扫描运动测量的微惯性测量单元提出了一种标定方法。末敏弹的稳态扫描运动有其自己的特点,因此对微惯性测量单元的标定也有一定的特点。据此对常用的微惯性测量单元的误差模型进行了简化,从而对微惯性测量单元建立了适当的误差模型。之后,通过进行速率实验和位置实验,应用线性拟合以及最小二乘法,对误差模型中的参数进行标定。最后,根据实际的标定结果讨论了误差模型的合理性。     

旋转弹用三轴加速度计安装位置误差标定补偿技术

针对旋转弹用捷联惯性导航系统中三轴加速度计在高转速下,由于安装位置不在一个点,三个加速度计测量的不是一点的比力,在角运动环境下姿态解算时产生动态误差的问题,提出了一种标定补偿三轴加速度计安装位置误差的方法。分析了动态误差产生的原因,在常规静态标定的基础上推导了动态标定的模型,高转速下的转台试验表明本方法能够很好的补偿三轴加速度计在高转速下产生的误差,有效地提高惯性测量单元姿态测量的精度,具有很好的工程应用性。     

车载惯性导航仪快速初始对准技术

为了完成车载惯性导航仪在静基座下的对准与标定,提出采厢两位置对准方案.在惯性导航仪粗对准的基础上,建立了含有解算速度项的初始对准模型,并选取水平速度作为观测量.为了兼顾对准时间,采用自适应Kalman滤波器对失准角、惯性器件常值误差和随机误差进行实时估计,完成初始对准和标定.通过多次水平转台对准试验,表明在400 s对准时间内,方位角误差减小到0.7°以内,水平姿态角误差减小到0.04°以内,同时对系统中水平惯性器件的常值误差做出了估计,更加有利于导航精度的提高.     

MEMS惯性传感器ADIS16355在姿态测量中应用研究

为了实现惯性导航控制,需获取控制对象的姿态角信息,设计了基于MEMS惯性传感器集成模块ADIS16355的姿态测量系统。该姿态测量系统采用ADIS16355作为惯性测量单元,利用加速度计对重力向量的观测来修正陀螺给出的姿态信息,卡尔曼滤波实现传感器信息融合以计算运动载体的姿态角。介绍了ADIS16355的基本功能模块,阐述了两种传感器融合测量实时姿态角的方法并给出了卡尔曼滤波算法迭代过程,基于ARMv7架构的Cotex-M3微处理器设计了姿态测量系统硬件。采用AHRS500GA对该姿态测量系统性能进行了测量姿态角的验证实验,测试结果表明,该姿态测量系统能在动态条件下准确地测定运动物体实时姿态角,其误差一般在?1?左右。     

基于全站仪的高精度动态航向初始标校系统设计

提出了基于全站仪的两点测角测距一航向测量模型,设计并实现了基于该模型的高精度动态航向初始标校系统。根据航向测量模型,对观测误差进行了分析,分析了动态误差形成的原因,建立了误差模型,并设计了动态精度试验。试验结果表明．在动态条件下．系统达到了≤30”的测量精度,满足对包括高精度GPS姿态测量系统、平台罗经在内的高精度导航设备进行初始标校的精度要求。     

捷联惯性测量装置角速度通道动态特性辨识

动态特性是评价捷联惯性测量装置的核心技术指标.以某一型号光纤捷联惯性测量装置(含减振器)为研究对象,通过角振动试验和数据分析,结合频域子空间算法与遗传算法,建立了基于捷联惯性测量装置整机角速度通道传递函数模型,为捷联惯性测量装置整机动态性能应用评估奠定了技术基础,方法得到了比传统方法更好的结果,更适合实际工程应用.     

MEMS惯性传感器ADIS16355在姿态测量中的应用

设计了基于微电子机械系统(Microelectro mechanical system,MEMS)惯性传感器集成模块ADIS16355的姿态测量系统。该姿态测量系统采用ADIS16355作为惯性测量单元,利用加速度计对重力向量的观测来修正陀螺给出的姿态信息,卡尔曼滤波实现传感器信息融合以计算运动载体的姿态角。介绍了ADIS16355的基本功能模块,阐述了两种传感器融合测量实时姿态角的方法并给出了卡尔曼滤波算法迭代过程。基于ARMv7架构的Cotex-M3微处理器设计了姿态测量系统硬件。采用AHRS500GA对该姿态测量系统性能进行了测量姿态角的验证实验。测试结果表明,该姿态测量系统能在动态条件下准确地测定运动物体实时姿态角,其误差一般在±1°左右。     

无陀螺微惯性测量装置

首先简要介绍了惯性测量装置及微惯性测量装置的特点及分类,指出了采用无陀螺技术设计微惯性测量装置的优势。并介绍了国内外无陀螺测量技术发展状况,提出了一种新颖的结构设计,推导了导航方程的算法,利用了多传感器的冗余信息对算法进行优化,降低了求解微分方程的累积误差,提高了无陀螺微惯性测量组合的导航精度,最后进行了仿真计算,验证了该方案的可行性。     

惯性测量组合的优化设计与误差补偿算法研究

设计了九加速度计惯性测量组合用于测量飞行体的姿态和位置。通过理论分析和计算机仿真,结果显示由9个加速度计的输出可解算出载体运动角速度和线加速度,但由于加速度计的测量误差引起的角速度的解算误差会随飞行时间的增长而累积,采用误差补偿算法可有效地减小误差。另对加速度计位置误差进行了理论分析和仿真,结果表明,由加速度计组合的惯性测量方案对加速度计位置误差非常敏感。     

基于多传感器数据融合的室内行人航位推算法

针对惯性测量单元(IMU)本身存在测量漂移,很难获得精确的室内行人轨迹的问题,提出了使用多个传感器信息融合的方案,包括IMU和视频摄像头,并结合卡尔曼滤波和零速检测算法进行参数优化,以提高行人运动轨迹的精度.仿真结果表明:算法可以有效降低行人轨迹的误差.     

An algorithm and observability research of autonomous navigation and joint attitude determination in asteroid exploration descent stage

In this paper, an autonomous relative navigation and joint attitude determination algorithm in asteroid exploration descent stage is researched based on feature point information of perpendicular asteroid surface image observed by optical navigation camera, distance vectors from spacecraft to asteroid measured by three angled installed lidars and relative velocity increment measured by accelerometer when the relative distance vector to the centroid of asteroid can not be obtained. The inertial attitude of spacecraft is determined by sun vector, star vectors and inertial angular velocity respectively measured by sun sensor, star trackers and inertial reference unit. Also, in order to obtain measurement error model transferred from sensor noise, a covariance matrix solver considering error correlation is presented via the error model of normalized vector to first order. Numerical simulation and improved observability evaluation of filtering are undertaken to discuss the results of complete sensor observation and weak observation of lidars, and verify the effectiveness of the presented relative navigation and attitude determination algorithm.     

提升容器横向偏移惯性测量法的误差分析与校正

针对超深矿井提升装备需要增加提升容器横向偏移测量的问题,根据其小量程、高精度、抗干扰的测量要求,提出一种基于MEMS传感器的惯性测量方法.采用惯性测距原理进行横向偏移测量,分析了倾斜角、随机误差和速度残值三种主要误差源,提出了对应的动态均值、阈值设置和速度残值校正与补偿三种校正方法,结合提升容器的运行特点消除累积误差,并在液压移动平台上进行实验.结果表明:误差校正方法可有效抑制误差,横移测量精度在5 mm以内,惯性测量方法是一种超深矿井提升容器横向偏移测量的有效方法.     

提高NGIMU性能的加速度计动态补偿器的研究

无陀螺惯性测量技术是利用加速度计代替传统的陀螺,构成无陀螺惯性测量组合(NGIMU)实现制导的.首先,基于NGIMU九加速度计配置方案,根据加速度计的动态特性,推导了模型的动态导航方程,然后通过对加速度计进行动态补偿达到提高系统导航精度的目的,最后进行了系统三个方向角度运算的仿真验证.仿真结果表明,当加速度计输入信号的动态特性越强,NGIMU的导航误差越大,在动态补偿后系统的导航精度得到了有效提高.     

Initial calibration and alignment of low‐cost inertial navigation units for land vehicle applications

This work presents an efficient initial calibration and alignment algorithm for a 6‐degrees of freedom inertial measurement unit (IMU) to be used in land vehicle applications. Error models for the gyros and accelerometers are presented with a study of their perturbation in trajectory prediction. A full inertial error model is also presented to determine the sensors needed for full observability of the different perturbation parameters. Finally, dead‐reckoning experimental results are presented based on the initial alignment and calibration parameters obtained with the algorithms presented. The results show that the proposed algorithms provide accurate position and velocity information for an extended period of time using nonaided IMU. ©1999 John Wiley & Sons, Inc.     

MEMS传感器的惯性测量模块的设计与初始校准

设计了一种基于微机电系统(MEMS)传感器的惯性测量模块,它包括三轴加速度计、三轴陀螺和三轴磁阻传感器。这种惯性测量模块具有体积小、功耗低、成本低的优点,可以方便地用在微小机器人定位系统以及空中机器人控制系统中。详细分析了模块的误差来源,提出了模块中三轴加速度计的非正交误差模型。并运用基于Newton迭代的方法实现了一种自动初始校准算法。实验结果表明:这种自动初始校准算法可以有效地消除该模块的固定偏差、比例误差和非正交误差。     

基于GLRT零速检测算法的行人室内定位系统

针对微机电系统中惯性传感器漂移大、精度低导致室内行人定位精度不高的问题,本系统在惯性导航解算算法的基础上,提出基于广义似然比检验的零速检测算法.该方法是利用广义似然比检验对行人处于站立相或摆动相的概率进行估计以及进行零速更新,提高行人定位精度.基于本文提出的行人室内定位模型,搭建以惯性测量单元为核心的实验平台,评估本文算法的可行性.实验结果表明行人定位的动态误差为-1.8141 m~1.4516 m,置信度为97.61%.表明本文的行人室内定位系统满足实际定位的要求.