基于椭球拟合的微惯性测量组合现场快速标定方法

在静态随意放置条件下,微惯性测量组合中三个轴向正交配置的惯性器件所敏感矢量和为固定矢量。依据上述客观事实,提出了一种微惯性测量组合现场快速标定方法。在建立并优化微惯性测量组合标定模型基础上,通过基于椭球约束的最小二乘法拟合得到全部待标定参数,从而实现微惯性测量组合现场高精度标定,最后合理编排了微惯性测量组合现场快速标定方案。试验结果表明,该方法具有操作方便、省时、精度高,不依赖精密仪器提供方向基准和水平基准等特点,特别适用于短时间高精度微惯性测量系统,可显著提高其的实际使用精度。

基于不等式约束卡尔曼滤波的双MIMU导航位置校正方法

为了实现GPS信号缺失下的单兵自主导航,提出一种基于微惯性测量技术(MIMU)的单兵导航方案。由于惯性导航时误差随着时间而积累,提出了基于双MIMU的单兵导航位置校正方法,通过将两个MIMU分别固联在单兵的双脚上,根据行走时候的步态特性,利用基于假设检验和极大似然估计的零速检测器,进行零速检测修正。结合单兵行走时最大步长约束,设计一种最大步长分解约束下的卡尔曼滤波椭球约束算法,进一步校正单兵导航位置估计。研究结果表明,采用最大步长分解约束不等式卡尔曼滤波的双MIMU单兵导航方案,与未加约束时相比双脚位置均方根误差下降了41.46%。

基于运动捕获文件的人体微多普勒信号仿真

针对传统人体微多普勒信号仿真算法适应模型简单、与人体相似度不高的问题,提出了一种基于运动捕获文件的仿真方法。该方法从运动捕获文件中获得各关节点的位置随时间的变化,根据关节点的相对位置建立由12个椭球体组成的人体三维模型,并根据此模型仿真RCS回波。此方法所建模型与实际人体外形相似度高,可对任意运动模式的人体雷达回波进行仿真。仿真结果验证了所提算法的正确性。

基于椭球拟合的MIMU系统自标定方法

针对微惯性测量单元(MIMU)测量精度的提高,提出一种自适应的MIMU系统自标定方法。通过MIMU系统陀螺仪和加速度计误差模型分析,将陀螺仪和加速度计的误差模型转化为一个线性回归方程,使用椭球拟合的最小二乘方法对MIMU系统进行拟合,最后运用多次拟合模式进行总体标定。采用实验室三轴转台进行实验验证,得到标定的姿态测量系统的精度提高了3个数量级,证实了此标定方案的可行性。

一种基于椭球约束的加速度计粒子群优化静态修正方法

研究了微机电系统加速度计基于椭球约束的静态修正法。根据微机电系统加速度计输出数学模型，采用标准粒子群优化算法估计微机电系统加速度计的输出数学模型中的刻度因数、零偏及正交误差。实验结果表明，该方法有效剔除了采样过程中的随机误差，粒子群优化方法的引入，使得微机电系统加速度计输出能够准确地反映其真实值。

一种鲁棒性几何规划新方法设计两级运放

考虑工艺偏差的CMOS两级运算放大器设计问题可建模成一个鲁棒性几何规划问题.本文提出了一种结合椭球算法和仿射算术的新方法求解鲁棒性几何规划.椭球算法可解普通的几何规划,仿射算术既可以估计参数变化的相关性,又容易与椭球算法结合求解鲁棒性问题.HSPICE仿真结果验证了该方法的正确性.

新型航空铝合金材料复杂形貌点蚀损伤应力集中效应分析

根据7B04铝合金材料试件模拟加速点蚀试验检测结果,并结合铝合金材料点蚀行为机制、微观结构特征与随机性过程本质,构建由多个微观椭球体合成的楔入型与合围型两种典型复杂形貌点蚀损伤模型。采用ANSYS有限元方法建模并基于线弹性断裂力学,对上述两种点蚀损伤模型的应力集中效应进行计算与分析。研究发现:两种复杂形貌特征的点蚀损伤模型产生的应力集中系数数值基本相当,各个微观椭球体蚀坑分别对应力分布产生影响并相互干涉与叠加,造成复杂形貌点蚀损伤模型的应力集中系数数值增大;两种复杂形貌点蚀损伤模型的应力主要集中在各个微观椭球体蚀坑交会的位置,大都位于宏观点蚀损伤的侧边;两种复杂形貌点蚀损伤模型的应力集中效应作用区域的尺寸与铝合金材料微观晶粒尺寸、点蚀萌生的短裂纹初期尺寸基本相当。

椭球形单毛细管在材料微区分析中的优化

介绍了旋转椭球单毛细管的传输特性,并围绕其在材料的微区分析领域中的应用进行优化设计.用模拟计算的方法,计算了点光源和面光源条件下椭球管传输性能随管长、截取位置变化的规律,并计算得到300μm面光源条件下椭球管最佳光强增益条件:椭球管参数半长轴250mm,半短轴0.5mm,管长200mm,会聚光斑40μm,光阑尺寸100μm时增益为175倍.经椭球管会聚后出射的X射线焦斑尺寸更小,功率密度增益更大,显著提高了分辨率,更有利于材料的微区分析.

基于氧化石墨烯微加热器的微气泡研究

氧化石墨烯具有良好的光热转换效率,能在微纳米尺度的区域内形成热梯度场.利用氧化石墨烯沉积在微纳米光纤表面可组成微加热器,输入红外光(ASE宽带光源产生的光),微加热器会加热周围液体,并在微纳米光纤上产生微热气泡和椭球形微气泡,但两者产生的行为方式不同.结果表明,微热气泡直接形成于氧化石墨烯微加热器表面,而当微加热器置于气-液交界面时,椭球形微气泡则形成于微纳米光纤上.该研究结果加深了对微气泡物理行为的认识,对发展新兴的基于气泡的光热转化设备起到了推动作用.

基于椭球拟合的三轴磁传感器快速标定实验设计

为满足导航与测控专业对实验教学的要求,该文结合三轴磁传感器的测量原理,采用软硬结合的方式设计了基于椭球拟合的三轴磁传感器快速标定实验。首先,分析磁传感器的测量机理,构建测量误差数学模型;然后,使用蓝牙通信接口采集三轴磁传感器的数据,并进行串口数据解码;最后,采用基于RANSAC改进的最小二乘椭球拟合方法求解磁传感器的标定参数。该实验能够在不借助外部参考信息的情况下快速、有效地提高三轴磁传感器的信息质量,结合传感器理论与工程应用,软硬紧密结合,能够提升相关专业学生的理论水平和综合实践能力。

基于MIMU测量系统的两步校准法

三轴加速度计是微惯性测试单元(MIMU)测量组合的重要组成器件,其测量准确度直接影响系统姿态解算的准确度。因此需要对三轴加速度计的零偏误差、标度因素误差、各轴之间的不正交误差以及传感器与测试单元的安装误差进行分析和补偿。提出了一种两步校准法,即首先利用椭球假设的MIMU现场快速标定方法分析微惯性测量组合的误差模型,得到加速度计的零偏、标度因素和不正交角;之后利用四位置法校准出加速度计的安装误差。该方法实际操作简单,不需要高精度辅助设备。测试平台实验表明:该方法能够有效提高三分量测量数据的准确性,可应用于MIMU姿态测量系统中加速度计的校准。

基于支持度的椭球拟合微机械电子系统加速度计现场标定方法研究

为解决微机械电子系统(MEMS)中加速度计的零位漂移误差、标度因数误差和交叉耦合误差随时间推移而变化的问题,提出一种基于支持度的椭球拟合MEMS加速度计现场标定方法。该方法能够在室外进行简单、快捷和高效的标定,其本质是在传统的椭球拟合法基础上,采用支持度法与椭球体法相结合的方法,通过建立椭球约束模型和支持度矩阵对MEMS加速度计的误差进行标定,继而使用误差补偿方程对MEMS加速度计进行输出补偿,最终实现高精度标度。通过椭球拟合对比实验和时间推移实验,证实了该方法可在没有精密标定设备情况下进行标定,其标定精度比传统椭球拟合法提升1倍。

MEMS陀螺阵列的RCC-OBE估计融合方法

为提高微机电系统(MEMS)陀螺的精度,提出一种基于松弛Chebyshev中心(RCC)的最优定界椭球(OBE)算法,并用于陀螺阵列信号的融合。以单个陀螺误差输出模型为基础,建立了阵列系统的机动融合模型;由于噪声统计特性的不确定会导致传统融合方法精度下降,引入仅要求噪声未知但有界的集员估计理论,运用OBE算法实现角速率信号的稳健估计;在OBE算法中,往往采用椭球几何中心作为真实值的点估计,但该中心并没有理论上的最优特性,而可行集的Chebyshev中心具有很多优良特性,同时,考虑到准确的Chebyshev中心求解十分困难,转而求解可行集的RCC,作为速率信号的点估计,设计了以RCC作为输出的OBE更新过程和新的参数优化准则。采用6个陀螺构成的阵列进行了验证试验,结果表明基于该算法的阵列估计融合方法在获得角速率保证边界的基础上,可以进一步提高MEMS陀螺精度。

吸收介质中微椭球体颗粒光学参数的研究

本文应用Eikonal近似将微椭球用其等效的球来近似,结合Mie理论对吸收介质中微椭球体颗粒光学参数进行了数值计算。结果表明,椭球位置变化时,散射和吸收性能发生变化。离心率增大时,散射和吸收系数都增大,离心率越大增大的越明显。波长增大时,在紫光波长为0.4μm和近红外区波长为1.58μm处散射系数出现了峰值,而吸收系数单调增大。相对折射率实部以及虚部变化对光学参数均有影响,颗粒的吸收性越强,散射相应地减弱。结果表明这种数值解析方法能有效地计算椭球体颗粒的光学参数。