微型姿态解算系统的抗磁干扰算法研究

基于MARG传感器的EKF算法可以有效地抑制MEMS陀螺精度低及陀螺漂移较大等缺陷,为MEMS陀螺的广泛应用提供了有效途径.然而MARG传感器中的磁强计容易受到外界磁场干扰,从而对融合结果产生不利影响.基于MARG传感器组成的微型姿态解算系统,提出了一种消除外界磁场干扰的抗磁干扰算法,有效地对存在磁场干扰时的姿态解算融...     

基于 Mahony-EKF 的无人机姿态解算算法

针对微惯性测量单元精度低和传统姿态解算方法误差较大,提出一种 Mahony 和扩展卡尔曼滤波(EKF)融合的姿态解 算算法。 首先通过 Mahony 滤波器融合陀螺仪、加速度计和磁力计数据,解算得到初步姿态四元数。 再以 Mahony 滤波器的姿态 四元数作为 EKF 的量测值,根据非重力加速度的大小,自适应正相关调节量测噪声协方差矩阵;根据陀螺仪测量的角速度信息 建立 EKF 状态方程。 最终经过 EKF 滤波后,获取无人机姿态的估计。 经过仿真实验验证,融合算法解算静态姿态角误差小于 0. 1°,解算动态姿态角误差小于 1°,均优于互补滤波算法和改进 EKF 算法。 融合算法能有效抑制陀螺仪漂移误差,滤除加速度 计测量值混有的高频噪声和抑制非重力加速度的干扰,提高姿态解算精度。     

基于 Mahony-EKF 算法的手臂运动姿态测量系统

针对传统姿态解算方法效率迟缓、精度低下及稳定性差等问题,提出一种基于Mahony和扩展卡尔曼(EKF)相融合的算法,并开发出一种新型人体手臂姿态测量系统。首先,通过STM32微处理器采集MEMS传感器测得的数据,借助Mahony滤波器解算加速度计、磁力计和陀螺仪的数据,以此得到初步姿态四元数。其次,将初步姿态四元数作为EKF量测值,依据非重力加速度调节量测噪声协方差矩阵。然后,根据陀螺仪测得的角速度信息建立EKF状态方程,通过EKF滤波更新状态,获取解算融合后的手臂姿态数据。最后,将数据发送到上位机,通过上位机软件实时监测姿态角数据,再构建三维模型实时还原手臂的运动状态。经实验验证,应用EKF算法矫正Mahony滤波解算出的姿态数据,不仅可以使误差减小到0.5°、消除超调量和降低噪声干扰,还能有效克服传统姿态解算方法中需要大量数据集和计算时间长问题,从而抑制了随机波动,提高姿态解算精度。     

基于 Mahony 与改进 Kalman 融合的姿态解算方法

获得精确的载体姿态信息是提高载体导航定位的关键。 针对加速运动会产生非重力加速度干扰,而传统滤波算法无法 解决其导致的精度下降的问题,提出一种基于 Mahony 和改进 Kalman 融合的姿态解算方法。 首先采用惯性测量传感器所得数 据进行 Mahony 解算,将其结果作为改进 Kalman 的量测信息;其次通过陀螺仪解算,将其结果作为改进 Kalman 的状态信息实现 姿态解算。 实验结果表明,本文所提出的方法相较于传统方法,解算精度提高一个数量级以上,能有效地抑制漂移误差高频噪 声,大幅提升了载体姿态角解算精度,且具有良好的收敛性。     

弹载磁传感器的误差补偿及姿态解算方法

随着国防工业科技的不断发展,弹上导航制导技术的应用越来越广泛.为了实现对高旋弹的飞行控制,获取姿态信息是最为关键的步骤,而传统的利用IMU或地磁来解算姿态的方法,在滚转角结果上存在着较大误差且存在灵敏度不足的缺点.提出了一种使用补偿后的三轴地磁数据来解算姿态的方法,采用最小二乘与椭球拟合的方法对磁传感器进行温度标定与弹体系数标定,补偿了地磁数据的误差,并在此基础上研究了利用地磁信息解算弹体姿态的方法.实验结果表明,所提出的方法在易于工程实现的同时,采集的地磁数据相比于国际地磁标准减小了近20％的误差,在姿态的解算上可以减小14.21％的误差,在滚转角解算上提高了30.72％的精度.     

电磁式漏电断路器的空间磁场抗扰分析及屏蔽结构设计

漏电断路器作为低压配电系统中重要的保护装置,主要用于防止漏电火灾事故发生和保护人身触电安全.电磁式漏电断路器在受到外界磁场干扰时,会引起漏电保护工作特性的变化甚至损坏.通过分析电磁式漏电断路器工作特性,发现磁脱扣器对外界磁场最为敏感,平行于磁脱扣器磁路平面方向的外界磁场对其影响最大;进行了漏电断路器内部导体结构的最优设...     

基于自适应CKF的姿态数据融合算法

为了提高基于MEMS惯性传感器的捷联惯性导航系统姿态解算的精度,提出了一种自适应容积卡尔曼滤波（CKF）数据融合算法。该数据融合算法将姿态四元数作为系统状态,将加速度计信息和磁力计信息作为系统观测量,对系统过程噪声矩阵和观测噪声矩阵进行实时的自适应估计,解决了因系统噪声突变引起的姿态解算精度急剧下降的问题。实验结果表明,采用自适应CKF数据融合算法比单纯基于陀螺仪的捷联姿态解算精度有明显的提高,在载体动态时测得的横滚角和俯仰角误差在1°以内,航向角误差在2°以内。     

基于 Huber 鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法

针对站球机器人在坡面运动过程中,由于系统振荡倾向性导致的姿态估计不准确以及在估计中存在噪声等问题,设计了一种基于Huber鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法。首先,对站球机器人在斜坡上进行了动力学分析和运动性能分析。其次,利用Huber鲁棒估计抑制站球机器人在坡面运动过程中由于机身振荡所引入的干扰噪声,并改进互补滤波进行姿态解算。最后,为了减少磁力计输出不稳定对姿态解算的干扰,设计了一种数据平滑切换方法。实物实验结果表明,设计的基于Huber鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法相比于互补滤波算法,对俯仰角、横滚角和偏航角的估计精度分别平均提高19.21%、25.48%和36.04%,该算法可以有效地抑制站球机器人在坡面运动过程中由于机身振荡引入的噪声,能够保证姿态解算的准确性和实时性。     

磁传感器阵列技术及其应用

磁测量技术被应用于越来越多领域的同时,单个磁传感器仅能测得被测磁场中某点处有限信息的局限性也逐渐显现出来。为了提高磁测量技术性能,扩大磁场测量的空间尺度和范围,并且实现对磁场信息更深层次、更多视角的利用,磁传感器阵列技术逐渐发展起来。文中基于对磁传感器阵列技术在几个领域应用实例的整理和归纳,总结出磁传感器阵列技术具有测量范围大、准确度高、可靠性好、可与时间和空间进行联合解算等优点,但同时也存在成本高、控制难度大、存在位置校准误差和噪声干扰等不可回避、必须解决的问题,进而展望了磁传感器阵列技术的发展前景。     

一种PMSM全速度无位置传感器控制方法∗

:扩展卡尔曼算法已经广泛应用于无位置传感器系统中,但因其比较依赖电机参数以及线性化时求解雅可比矩 阵引起精度问题,一般采用无迹卡尔曼算法进行改进,但仍存在启动和低速时对转子位置估计准确度较低的问题.提出 一种脉振注入法和无迹卡尔曼复合的控制算法,零速和低速时采用高频脉振注入法,高速时切换到无迹卡尔曼滤波算 法,过渡区则利用加权平均法将两类算法进行结合,进而实现电机低速到中高速之间的平滑切换,提高全速范围内的永 磁同步电机控制精度.仿真结果证明了该复合控制算法的有效性,并且具有鲁棒性强、动态调节能力好的优点.     

磁异常探测中载体干扰磁场 RLS 补偿方法

针对磁异常探测中载体干扰磁场会极大的影响测量结果的问题,提出一种基于RLS算法的磁异常探测载体干扰磁场补偿方法。首先,对磁异常探测中的干扰进行分类,建立测量模型;然后,将模型转换为标准多元线性方程,通过正交约束和线性约束降低共线性,经RLS算法求解模型参数,并进行模型仿真验证算法正确性;最后,进行有无异常载体有限元仿真,通过RLS算法解算无异常时仿真数据获取补偿参数,并用补偿参数对含异常仿真数据进行补偿。结果表明：经补偿误差显著降低,无磁异常实测实验的补后改善比为10.3,该方法可用于磁异常探测中的载体干扰磁场补偿,有效提升了磁异常探测的抗干扰能力,对掩埋物检测、矿产勘探、反潜等工作都具有重要意义。     

基于加速度变噪声EKF的无人机姿态融合算法

针对传统无人机姿态解算方法过程复杂、计算量大、动态性能差的缺点,建立无人机姿态模型;采用陀螺仪对加速度计直接进行滤波的方法,设计出新的基于扩展kalman滤波的加速度滤波器;并且考虑到无人机非重力加速度的影响,对常规kalman滤波器进行了变噪声的改进。利用STM32微控制器和MEMS惯性单元搭建硬件平台进行对比实验。结果表明:在168 MHz时钟频率下,一次传感器数据读取和姿态解算总共耗时3.27 ms,数据更新率可达100 Hz。新算法飞行动态误差小于1°,而传统四元数法动态误差为2°左右;变噪声处理后静态瞬时偏差由4°降到1°。说明新算法的抗震效果和解算精度更好,可以为无人机自主飞行提供更准确的姿态信息。     

基于选星算法的GPS载体姿态测量系统研究

传统的GPS载体姿态测量算法是利用全部可见卫星的测量信息进行姿态计算的,针对这一情况提出将选星算法应用于姿态测量过程的改进算法.首先依据参数的约束条件,确定选星数目为5,在解算方程组中,存在GDOP值随方向余弦矩阵的行列式绝对值的增大而总体趋势减小的关系,记录下能使方向余弦矩阵行列式绝对值最大的5组卫星组的行列式绝对值及其卫星标号,分别计算这5组卫星组的GDOP的值,GDOP值最小的即为选星结果.MATLAB仿真结果表明,改进的算法虽然在基线解算的精度上降低了一个数量级,基线误差由毫米级降低到厘米级,但是姿态角的解算精度与原算法相当,并且在程序运行时间方面提高了将近一倍.在工程应用中,对于载体的姿态解算在时间代价方面要求较高,因此,改进的算法有一定的优越性.     

GPS舰船定姿系统的研究

简述了利用GPS载波相位技术进行舰船定姿的原理,分析了舰船定姿的关键技术--整周模糊度求解的算法.采用2块Thales AC12具有载波相位原始数据输出的低成本接收板以及天线构成了实验的硬件装置,并完成了系统定姿解算的软件设计.通过对数据的处理与定姿算法的解算,获取载体的二维姿态角--航向角和俯仰角,并对解算结果的精度...     

一种面向AHRS的改进互补滤波融合算法

针对三轴陀螺、三轴磁强计和三轴加速度计等MEMS传感器所构成的AHRS系统对全局环境下的姿态检测问题,在分析线形融合滤波器、Kalman滤波器的缺陷基础上,对互补滤波器的IMU姿态解算算法进行拓展,通过磁场计测量数据在全局坐标系下水平分量的求解,获得了传感器偏航方向的姿态角,从而构成了完整的三维空间姿态测量系统。并基于硬件实验验证算法有效消除陀螺漂移和加速度及地磁场干扰的可行性。     

捷联航姿系统加速度计振动噪声平滑技术

捷联航姿系统(AHRS)主要用于输出载体的姿态与航向信息,是现代机载航电系统的关键设备.航姿系统工作过程中,载体的振动会增大惯性测量器件(IMU)输出噪声,降低航姿解算精度.针对于此,研究了飞机振动环境下的捷联航姿系统惯性器件输出的特性,设计了一种基于模糊推理的自适应变步长平滑滤波器,最后通过线性随机振动试验对滤波器性能进行了验证.试验结果表明,设计的滤波器可以有效抑制振动环境加速度计测量噪声,提高航姿系统在机载飞行环境中的姿态输出精度.     

永磁同步电机永磁体状况在线监测

提出一种基于卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁体磁场状况在线监测方法。通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流和永磁体磁链为状态变量，构建估算转子永磁体磁链幅值和方向的卡尔曼滤波器。该方法能准确跟踪永磁体真实状况，对电机参数不敏感，鲁棒性强。基于动态估算的电机永磁体磁链，可为永磁同步电机控制系统实时提供准确的转子磁链信息，提高系统控制性能和效率。同时，基于永磁体磁场状况的动态监测，可防止永磁电机失磁状况的恶化，降低不可逆失磁程度，提高系统可靠性。实验结果验证了方法的正确性和有效性。     

基于MEMS/GPS/地磁组合的弹体姿态解算

MEMS惯性器件由于具有自主性、连续性和隐蔽性等优点被广泛运用于载体的姿态解算中,但由于MEMS惯性器件的制作精度和误差积累等问题使得解算出的姿态信息并不准确.同时由于地磁传感器可以实现高精度的姿态测量,但不能独立解算出姿态信息.因此为了提高惯导姿态解算的精度,所以采用GPS、地磁辅助惯导进行姿态解算.设计的方案是在传统惯导姿态解算误差状态方程的基础上,将地磁和GPS解算的滚转、偏航和俯仰角与惯导解算出来的相应角的差值添加到传统惯导姿态解算误差状态方程中,以速度误差和滚转、偏航和俯仰角误差为量测值,估计出组合系统的姿态误差,并与惯导解算出的姿态误差进行对比,从而验证所提出的方法的可行性.     

小波变换法在姿态解算中的应用

在惯性导航系统中,为提高陀螺仪的姿态测量精度,抑制低频噪声的影响,提出采用小波变换法融合陀螺仪、加速度计数据解算姿态角。首先将陀螺仪采集的数据进行2层小波分解,剔除低频分量和不稳定的信号,并和高频分量重构,得到滤波后的陀螺仪数据。然后利用加速度计采集的数据解算姿态角,用来不断迭代初始四元数,由初始四元数求出重力向量,再由重力向量叉积求出误差,并作PID控制来修正陀螺仪的角度。最后把修正和滤波后的陀螺仪数据用龙格库塔法计算新的四元数,用该四元数进行负增益调节,最终解算出精确的姿态角。仿真结果表明,解算姿态角的精度提高了80%,可以有效地抑制低频噪声,更加精确地计算姿态角,从而进一步提高导航系统的定位精度。     

小波变换法在姿态解算中的应用

在惯性导航系统中,为提高陀螺仪的姿态测量精度,抑制低频噪声的影响,提出采用小波变换法融合陀螺仪、加速度计数据解算姿态角。首先将陀螺仪采集的数据进行2层小波分解,剔除低频分量和不稳定的信号,并和高频分量重构,得到滤波后的陀螺仪数据。然后利用加速度计采集的数据解算姿态角,用来不断迭代初始四元数,由初始四元数求出重力向量,再由重力向量叉积求出误差,并作PID控制来修正陀螺仪的角度。最后把修正和滤波后的陀螺仪数据用龙格库塔法计算新的四元数,用该四元数进行负增益调节,最终解算出精确的姿态角。仿真结果表明,解算姿态角的精度提高了80%,可以有效地抑制低频噪声,更加精确地计算姿态角,从而进一步提高导航系统的定位精度。