钟摆目标的微多普勒特征分析与提取

针对室内雷达目标的分类和识别问题,建立了室内钟摆目标的微动数学模型和回波模型,分析了室内钟摆运动产生的微多普勒特征.通过仿真钟摆目标的雷达回波,采用平滑伪Winger-Ville时频分析方法,提取了钟摆目标的微多普勒特征.结果表明:室内钟摆运动产生的微多普勒特征是周期为1/2钟摆周期的正弦调制.从仿真回波中提取的微多普勒特征与理论推导一致,验证了模型及理论分析的正确性.     

基于电机驱动倒立摆的两轮自动寻道平衡车的设计

针对两轮车平衡与自动寻道难题,利用倒立摆平衡原理和电子技术制作了两轮自动寻道平衡车,阐述了系统结构及特点,实验测试结果表明,小车能够顺利地通过弯道、十字叉道、虚线道、坡道,减速通过障碍地带,检测到终止线后在终止线处停车。该小车能稳定行驶,具有性能可靠、操作方便、行驶自如等特点,达到了国内先进水平。     

A Fully Differential Interface Circuit of Closed-loop Accelerometer with Force Feedback Linearization

In this paper,a fifth-order fully differential interface circuit（ IC） is presented to improve the noise performance for micromechanical sigma-delta（ Σ-Δ） accelerometer. A lead compensator is adopted to ensure the stability of the closed-loop high-order system. A low noise capacitance detection circuit is described with a correlated-double-sampling（ CDS） technique to decrease 1 /f noise and offset of the operational amplifier. This paper also proposes a self-test technique for the interface circuit to test the harmonic distortion. An electrostatic force feedback linearization circuit is presented to reduce the harmonic distortion resulting in larger dynamic range（ DR）. The layout of the IC is implemented in a standard 0. 6 μm CMOS technology and operates at a sampling frequency of 250 kHz. The interface consumes 20 mW from a 5 V supply. The post-simulation results indicate that the noise floor of the digital accelerometer is about- 140 dBV /Hz1 /2at low frequency. The sensitivity is 2. 5 V /g and the nonlinearity is 0. 11%. The self-test function is achieved with 98. 2 dB thirdorder harmonic distortion detection based on the electrostatic force feedback linearization.     

可刚性固定的同振圆柱型矢量水听器的设计

针对同振型矢量水听器使用弹簧悬挂不便的问题,提出一种采用圆环型橡胶弹簧作为悬置元件的新型可刚性固定式同振圆柱型矢量水听器的设计方案。该水听器可直接固定在水下平台用于测量水下声波质点加速度信号。推导了内置加速度计的该型水听器的声压灵敏度表达式。通过理论计算出橡胶弹簧的剪切刚度,并应用有限元软件ANSYS对剪切刚度进行了仿真分析并制作了水听器样机。在0.5~2.5 k Hz的频率范围内,对矢量水听器的声压灵敏度和指向性进行了测量。1 k Hz时,声压灵敏度为-188 d B。测量频带内,指向性凹点深度均大于20 d B。实验结果表明,此种结构的矢量水听器可以实现刚性固定的目的。     

基于ARID控制系统的固定式海洋风机纵摇控制

针对固定式海洋风机在随机风浪载荷及其联合作用下产生的具有倒立摆运动特征的纵摇,研究采用主动转动惯量驱动系统(Active Rotary Inertia Driver, ARID)对海洋风机纵摇进行控制的问题。ARID控制系统通过伺服电机驱动转动惯性质量产生控制结构摆动的最优力矩,从而减小海洋风机的纵摇运动。基于拉格朗日原理建立海洋风机-ARID控制系统的理论分析模型;采用Simulink对海洋风机-ARID控制系统的有效性进行验证,并分析系统参数(控制算法参数、转动惯量比等)对控制效果的影响规律;设计海洋风机-ARID控制系统的振动台试验,设置多种载荷激励形式,验证控制系统的稳定性与广谱有效性。数值模拟和试验结果均验证了所建立的分析模型的正确性,表明ARID控制系统对风机的纵摇运动具有显著的控制作用,为ARID控制系统在具有倒立摆运动规律的工程结构中的应用奠定理论基础。     

基于MEMS加速度传感器的线阵式长跨度连续位移测量系统设计与实现

随着MEMS加速度传感器技术的发展与大规模应用,为多维度位移测量提供了技术手段.根据MEMS加速度传感器所具有的高精度、高可靠性等技术特点,设计了一种空间结构呈线阵分布规律的、由多个MEMS加速度传感器组成的长跨度位移传感器,为大坝、边坡等大型结构体的水平位移或沉降位移监测提供了一种全新的自动化测量系统.     

两轮自平衡车运动姿态的测量和控制

两轮自平衡车姿态测量与控制是两轮自平衡车设计的关键环节.针对两轮自平衡车倾角的测量问题,采用了卡尔曼多传感融合算法.该算法融合了加速度传感器和陀螺仪传感器数据,实现了两轮自平衡车倾角实时在线估算.根据测量得到的倾角和角速度,采用了比例微分(PD)控制算法,实现了两轮自平衡车姿态的稳定控制.     

静电支撑式水银加速度计研究

提出一种新原理的静电支撑水银加速度计,从根本上解决现有的水银加速度计量程小、测量稳定性不足等问题。采用静电支撑技术,利用电场力平衡惯性力,通过精确测量控制电压获取高精度的加速度信息。通过建模仿真,静电支撑水银加速度计的量程、线性度要高于现有的水银加速度计。这种加速度计不仅具有水银加速度计的高灵敏度、抗高过载,还具有大量程、稳定性好等优点,对高性能惯导中的加速度测量具有不可替代的作用。     

基于卡尔曼滤波的航姿参考系统设计

针对传统的航姿参考系统AHRS（Attitude and Heading Reference System）中姿态角精度不高的问题,设计了一种新型的基于卡尔曼滤波的姿态检测系统。该系统采用了三轴磁传感器、三轴陀螺仪及三轴加速度计,用四元数的方法来描述载体运动的姿态,通过陀螺仪测姿态四元数,卡尔曼滤波算法融合加速度计和磁传感器数据,对姿态四元数进行修正,从而提高姿态解算精度。实验数据表明,系统能够较好修正陀螺仪漂移,且三个角度的均方根误差均优于0.25°,具有良好的噪声抑制能力。     

MEMS数字倾角仪的标定补偿方法研究

在介绍MEMS数字倾角仪组成结构的基础上,根据数字倾角仪内部MEMS加速度计的输出特性,对MEMS加速度计的敏感单元建立数学标定模型,提出并推导了一种适用于MEMS数字倾角仪的标定方法;该方法可以得到双轴MEMS数字倾角仪中加速度计的零位电压、标度因数矩阵、安装误差系数等敏感项参数;通过重力场静态翻转实验对实验室研制的数字倾角仪进行标定;最后使用MATLAB拟合计算得到所求标定参数,并对测试结果进行了误差分析和补偿对比;实验结果表明,该方法能使MEMS数字倾角仪的测量精度提高到±0.05°,可以满足高精度的角度测量需求。