多项式拟合在MEMS陀螺仪零点随机漂移抑制中的应用研究

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)传感器精度相对较低限制了其应用范围,从实际工程应用出发,针对MEMS陀螺仪零点随机漂移误差探讨了有效的补偿方法.推导了不同阶数拟合曲线的回归方程,根据实测MEMS陀螺零点数据对不同阶数拟合曲线的补偿效果进行对比,选取最优方案并通过跑车试验进行验证,证明该方法能够有效抑制陀螺仪零点漂移误差,提高微惯性导航系统的导航精度.     

MEMS微机械陀螺温度特性分析与建模

针对MEMS微机械陀螺的零偏随温度变化波动较大的特性,通过建立MEMS陀螺零偏随温度变化之间的误差模型,在温度范围为-20℃~60℃温箱试验下,分析MEMS陀螺的零偏输出变化,经去除野值后使用建立的误差模型对零偏进行补偿,结果表明,MEMS陀螺仪因温度引起的零偏从最大约为160°/h,经补偿后降至约为10°/h。该温度误差模型使MEMS陀螺的全温区零偏特性得到了一定程度的提升,为提高之后的导航精度打下基础,具有一定的工程价值。     

海洋传感器的内嵌陀螺仪偏航角校正方法

海洋传感器通常工作在复杂的磁场环境下,其姿态检测系统一般使用陀螺仪确定偏航角输出。针对短时部署的海洋传感器,分析了MEMS陀螺仪的偏航角漂移误差模型,并在对陀螺仪原始数据补偿的基础上,给出了随机漂移的拟合估值与补偿方法,以提高陀螺仪偏航角输出在一定时间内的精度。使用高精度平台进行实验,结果验证了该补偿校正方法的有效性。     

一种MEMS陀螺仪的标定方法研究

微机电系统(MEMS)陀螺仪的测量误差是影响微惯性导航系统精度的重要因素.为了提高微惯性导航系统的精度,提出了一种利用三轴转台完成MEMS陀螺仪的标定方法.根据MEMS陀螺仪的误差模型,设计了标定试验方案和误差模型参数的辨识方法,并通过小波阈值去噪的方法对陀螺的输出数据进行去噪处理.试验与仿真对比分析结果表明:经误差补偿和去噪后MEMS陀螺仪的测量精度提高1～2个数量级,同时验证了该标定方法的正确性、有效性.     

深度学习下MEMS陀螺温度误差补偿方法

针对MEMS陀螺仪因材质特性,制造工艺等差异导致输出数据受温度影响的问题.本文在传统温度误差补偿的基础上,提出将深度学习与神经网络相结合,通过LSTM神经网络进行温度误差补偿,从而减小温度变化引起的陀螺的温度漂移.分析了MEMS陀螺仪的温度特性,并在RNN神经网络模型的基础上,建立多层LSTM神经网络模型,利用基于AD...     

基于电子罗盘的快速粗定向方法研究

为满足机械陀螺仪快速定向要求,采用一种基于电子罗盘的快速粗定向方法;根据电子罗盘的地磁场测量原理,分析了其测量的干扰和误差因素;通过对电子罗盘干扰抑制及误差补偿处理方法的研究,综合采用软件滤波与基于椭圆拟合的罗差补偿法对采样数据进行处理及仿真;实验表明,该方法误差校正效果明显,设计精度可达1°,精度可满足机械陀螺仪粗寻北要求,寻北周期50″左右,满足设计要求。     

基于集成温度传感器的硅微陀螺仪数字化温度补偿研究

提出了一种基于集成温度传感器的硅微陀螺仪数字化温度补偿方法。首先,介绍了集成温度传感器的硅微陀螺仪基本结构原理,分析了硅微陀螺仪动力学方程以及温度变化对硅微陀螺仪谐振频率、品质因数、标度因数和零偏的影响。然后,设计了基于FPGA的硅微陀螺仪数字化补偿电路。最后,经过温度特性实验得到标度因数和零偏随温度变化曲线,建立了温度补偿模型,提出分段温度补偿方法。经过温度补偿后,标度因数和零偏的温度系数分别由316.66×10-6/℃和366.22°/(h·℃)减小为69.67×10-6/℃和115.25°/(h·℃),证明了补偿方法的正确性和可行性。     

MEMS陀螺仪零位误差分析与处理

研究微机械陀螺仪的零位误差对提高惯性导航精度具有重要意义。采用Allan方差分析法对MEMS陀螺仪的零位误差做了综合评定,提出了一种动态的零值偏移误差补偿算法来滤除陀螺仪的零值偏移误差,还对启发式漂移消减法HDR(Heuristic Drift Reduction)做了改进,有效地提高了原算法的补偿精度。最后,再次采用Allan方差分析法对补偿后的零位误差进行评定,并以Voyager-IIA机器人为平台进行试验,结果证明了改进后的算法能显著的提高陀螺仪的输出精度。     

基于时间序列分析的Kalman滤波方法在MEMS陀螺仪随机漂移误差补偿中的应用研究

从工程实用的角度出发,探讨了MEMS陀螺仪随机漂移误差的有效补偿方法.首先采用时间序列分析的方法建立了MEMS陀螺仪的随机漂移误差模型,然后阐述了用基于时间序列模型的Kalman滤波方法减小该漂移误差的具体方法.对某MEMS陀螺仪实测数据的误差补偿结果表明,所介绍的滤波方法能够有效地抑制其漂移误差,提高MEMS陀螺仪在实际系统中使用精度.     

光纤陀螺输入轴失准角温度补偿研究

提高温度特性是光纤陀螺仪工程化的一个难题,温度补偿是解决该问题的一种有效方法。光纤陀螺与温度相关误差项主要为零漂和标度因数,输入轴失准角也是影响光纤陀螺应用的一个重要误差项。在大量试验的基础上,分析了光纤陀螺输入轴失准角误差产生机理,采用多项式拟合方法建立了输入轴失准角误差全温模型,对多套光纤陀螺进行了全温补偿。试验结果表明,输入轴失准角补偿前全温变化在2?10^-3rad数量级,补偿后全温变化小于3?10^-4rad,精度提高了近一个数量级,大大提高了光纤陀螺仪的全温性能。     

模型树在陀螺建模中的应用研究

针对光纤陀螺在启动后各个阶段的变化,介绍一种模型树线性回归算法。采用模型树“分而治之”的思想对陀螺漂移数据进行建模处理,并在叶子结点采用温度补偿的方法建立线性回归模型,得到陀螺在各个阶段的误差模型。实验结果表明,采用模型树算法对陀螺数据进行处理具有更好的拟合能力和预测能力,更适合处理各个时间阶段变化的建模问题。     

卡尔曼滤波在陀螺仪随机漂移中的应用

本文针对MIMU中微机械陀螺的静态随机漂移,采用时间序列分析的方法建立了其随机漂移误差的AR模型,并在此基础上,探讨了利用Kalman滤波降低该随机噪声的具体方法.对实测数据的仿真结果表明,本文所介绍的滤波方法是正确、有效的。     

环形激光陀螺的零偏热效应补偿模型

热效应对激光陀螺零偏的影响非常明显且难以精确建模。根据对环形激光陀螺的大量温度试验的数据,分析了温度变化、温度梯度与温变速率对陀螺零偏漂移影响的规律,进而提出了一种适用于工程应用的环形激光陀螺的零偏热效应补偿方法。经试验验证,此模型能在一定程度上改善热效应对环形激光陀螺零偏稳定性的影响,为建立最后的误差补偿模型,进一步提高环形激光陀螺的精度打下基础。     

Modeling the Random Drift of Micro-Machined Gyroscope with Neural Network

In this paper a new combined method was applied to model the random drift of a micro-electro-mechanical system (MEMS) gyro to enhance its performance. The gyro is used to set up a micro-inertial -measurement unit (MIMU) for its low cost, low power consumption and small dimensions. To improve the MIMU’s performance, we model the gyro’s random drift by a statistic method. Given the paucity of the knowledge of fabrication of the gyro, we select a neural network model instead of making a delicate physical-mathematical model. Since the gyro we used is a tuning fork micro-machined sensor with large random drift, the modeling performance is affected by the randomness inherent in the output data when neural network approach is applied. Therefore, radial basis network structure, which was successfully applied to model temperature drift of fiber optical gyros, was chosen to build the model and the grey neural network. Compared with autoregressive model, the standard error of the gyro’s random drift is reduced dramatically by radial basis model and grey radial basis model.     

A thermal lattice Boltzmann model with diffuse scattering boundary condition for micro thermal flows

A lattice Boltzmann model for simulating isothermal micro flows has been proposed by us recently [Niu XD, Chew YT, Shu C. A lattice Boltzmann BGK model for simulation of micro flows. Europhys Lett 2004;67(4):600]. In this paper, we extend the model to simulate the micro thermal flows. In particular, the thermal lattice Boltzmann equation (TLBE) [He X, Chen S, Doolen GD. A novel thermal model for the lattice Boltzmann method in incompressible limit. J Comput Phys 1998;146:282] is used with modification of the relaxation times linking to the Knudsen number. The diffuse scattering boundary condition (DSBC) derived in our early model is extended to consider temperature jump at wall boundaries. Simple theoretical analyses of the DSBC are presented and the results are found to be consistent with the conventional velocity slip and temperature jump boundary conditions. Numerical validations are carried out by simulating two-dimensional thermal Couette flows and developing thermal flows in a microchannel, and the obtained results are found to be in good agreement with those given from the direct simulation Monte Carlo (DSMC), the molecular dynamics (MD) approaches and the Maxwell theoretical prediction.     

基于曲面拟合的超声波液体浓度高精度测量方法

传感器非线性测量误差及温度偏差是高精度液体浓度实时在线测量误差的主要因素.提出了一种基于浓度-温度-声速(S-T-V)曲面模型拟合算法的超声波液体浓度高精度测量方法.该方法以声速测量为基础,首先对非平稳声速测量数据进行预处理以减小系统非线性测量误差,再通过三次样条插值增加测量数据对后续数据拟合的参与度,然后分别建立S-V、T-V单曲线模型,最后运用最小二乘法完成S-T-V曲面拟合,实现多参数融合.实际测量表明,根据本方法测得氯化钠溶液质量浓度精度较高,受温度影响较小,误差优于±0.1％.     

基于时间序列模型的激光陀螺随机漂移数据处理

采用时间序列分析方法建立激光陀螺随机误差模型,应用递推最小二乘(RLS)法估计模型的参数,在此基础上对激光陀螺的漂移数据进行了卡尔曼滤波,结果表明:该方法能有效地抑制激光陀螺的随机误差,提高了激光陀螺的精度。     

激光陀螺误差测试中非等精度问题的处理

在环形激光陀螺的误差测试中,一般采用时域方差(或A llan方差)方法来分辨各误差项。取得不同采样时间下的方差(或A llan方差)σ2(τ),将其与采样时间τ进行回归分析,便可以分辨出各误差项。采样时间τ较大时,计算σ2(τ)所依据的数据点较少,因而算得的σ2(τ)可信度较低。然而,当剔除τ较大的σ2(τ)后,拟合所用的点数又较少,导致拟合结果可信度降低。针对这一矛盾,提出了用加权回归模型来处理激光陀螺误差分析中的非等精度问题。     

MEMS加速度计二阶非线性补偿方法研究

微惯性集成测量组合(MIMU)中的惯性传感器,陀螺仪和加速度计的标定补偿研究大多集中在安装误差角补偿和一阶线性常数的计算上,对二阶非线性系数的测量、计算研究的不多不深.通过分析含二次非线性系数的加速度计输出模型,提出一种补偿二次非线性系数的方法,并进行了完善的理论分析和试验.最终通过计算能有效补偿MIMU的输出精度,为后续的导航信息解算奠定了基础,具有重要的工程应用价值.