基于双MIMU速度+角速率匹配的行人自主导航方法

针对基于零速修正(ZUPT)的行人导航系统航向误差随时间发散导致定位精度差的问题,提出了一种基于自适应零速检测与双MIMU速度+角速率匹配的行人自主导航方法。在一套自主系统中同时包含两种三轴MIMU,一套大量程MIMU用于保证原始惯性数据的完整性,一套高精度MIMU用于提供角速率基准。当高精度MIMU数据未超量程时,若基于SVM的自适应零速检测算法判断系统为零速状态,采用速度+角速率匹配方案;若系统为非零速状态,则采用角速率匹配方案,通过卡尔曼滤波器对各项误差进行估计和修正,提高系统的航向和定位精度。试验结果表明,相较于仅采用速度匹配,采用所提方法,航向精度达到了3.44°/30 min,提升了50%以上;定位精度达到了4.92 m/30 min,提升了40%以上。

基于角速率和速度增量的捷联惯导划桨效应优化算法

为满足陀螺输出为角速率、加速度计输出为速度增量的捷联惯导系统在恶劣环境下的精度要求,重新设计了一种速度更新过程中划桨误差的补偿算法,推导了由曲线拟合角速率和比力的划桨误差补偿算法,并在载体作划船运动条件下对算法进行了优化。仿真结果表明,优化后的算法在载体运动剧烈时的补偿效果明显优于普通算法,满足了高动态环境下的精度需求。

MEMS微加速度与微角速率集成传感器的研制

介绍了一种全新的MEMS微型惯性器件,该器件是一种基于热对流原理的热膜式传感器,它利用一个单敏感元件同时测量加速度和角速率。该器件由一个加热器和两组微型温度传感器组成,加热器加热气体形成的热对流气体作为敏感元件,该器件通过微型温度传感器测得的热对流气体的温度差实现加速度和角速率的测量。分析了器件的工作原理,根据仿真结果设计了双层的器件结构,进行了工艺开发,加工出了原理样机。测试表明:该器件同时具备了加速度传感器和角速率传感器的检测功能,很好地验证了设计的可行性。

基于角速率和速度增量的捷联惯性导航算法研究

捷联惯性导航算法一般是基于惯性器件输出为角速率、比力或角增量、速度增量进行设计的,不能直接应用于陀螺输出为角速率、加速度计输出为速度增量的捷联惯性导航系统。为了解决此问题和满足精度要求,重新设计了一套捷联惯性导航算法:姿态更新算法采用了经典的四阶龙格-库塔法,推导出了一种新的速度更新算法,该算法可以有效补偿速度计算中的划桨效应误差。仿真结果表明,该种速度更新算法仿真速度快、精度高,具有一定的工程实用价值。

利用加速度计和角速度仪的笔杆运动姿态检测

在笔杆上安装加速度和角速度传感器测量笔杆的运动姿态时,由于两种传感器的性质不同,再经过运算处理后,对测量结果精度的作用也不同。为此,本文利用3种卡尔曼滤波观测模型,分析比较了只利用加速度传感器、只利用角速度传感器以及同时利用加速度和角速度传感器数据3种情况下估计笔杆运动姿态的结果及特点。实验表明,角速度传感器可以较准确地确定角速度,但角度累计误差较大;加速度传感器的静态分量可以较准确地确定姿态角度,但对角度变化不灵敏,两者结合起来可以互相弥补欠缺,有利于笔杆的运动姿态检测。

低成本GPS/IMU组合导航中的速度匹配对准研究

由于低成本IMU的输出具有较大的偏差和噪声,地球的自转速率完全被淹没在其中,无法实现自对准。因此在低成本IMU/GPS组合导航系统的设计中,初始对准使用GPS提供的速度信息进行纠偏,从而较好的估计了航向误差和IMU参数误差。仿真和实际应用都得到了较好的效果。

基于影像尺度空间表达与鲁棒Hausdorff距离的快速角点特征匹配方法

快速影像匹配是进行影像时间序列分析与飞行器导航的重要方法。本文对待匹配影像进行高斯低通滤波预处理时,运用影像的尺度空间表达思想对不同分辨率的基准影像和实时影像选择了相应的σ值进行卷积滤波处理,使基准影像和实时影像具有相近的分辨率,从而提高两影像所提取角点的重复率,使得影像的正确匹配概率得到提高。然后用基于影像几何结构分析的改进的快速角点探测算法进行了影像的角点提取;最后用本文提出的改进的鲁棒Hausdorff距离进行了基准影像和实时影像的匹配。实验证明,本文方法对影像噪声和灰度变化不敏感,具有抗影像尺度变化的能力。在基准影像和实时影像灰度差变化较大的情况下, 收稿日期:2004 07 16;修回日期:2004 11 15基金项目:航天预研基金资助项目(2003)作者简介:安 如(1963 ),女,江苏淮安人,副教授,博士生,目前主要研究方向为数字影像处理与匹配。依然能取得较高的正确匹配概率。由于采用基于影像信息量评价的搜索策略和快速角点提取算法,匹配速度也较快。

适用于高旋弹药的MIMU角速率解算算法研究

针对由于陀螺抗过载能力差限制传统捷联惯性测量系统使用问题,以高速旋转弹药制导化应用为背景,提出了一种十二加速度计配置方案。在分析比较几种常见角速率解算算法基础上,通过优化组合得到了一种特别适用于高旋弹药而且不随时间积累的角速率解算算法,最后利用计算机仿真验证了该算法的有效性。仿真结果表明,该算法不随时间积累发散,在提高角速率解算精度的同时有效避免了角速率解算过程中符号误判和过零震荡现象。

基于计数卡的振动台角速度和角加速度测量

介绍了利用IK220计数卡实现角速率、振动台的角速度和角加速度测量,给出了具体的系统组成、软件结构和最终的测试结果。该装置可以较方便地实现角速度和角加速度测量,实际应用达到了比较满意的效果。

速度匹配算法在传递对准中的应用分析

理论上,载机机动对提升速度匹配传递对准滤波器的性能是有益的,但机动同时会带来较大的机翼动态挠曲变形角,这一过程对传递对准又是不利的。为了分析机动对速度匹配传递对准过程的影响,首先给出了考虑机翼柔性变形时主子惯导之间的失准角模型,并采用二阶Markov过程来表示机翼动态挠曲变形角。其次,给出了在动态挠曲变形的影响下,杆臂速度与杆臂加速度的表达式。然后,推导出了本文使用速度匹配算法的误差评估方法。最后,结合提出的相关模型,对机动条件下速度匹配算法的性能进行仿真分析。结果表明,在机翼动态挠曲变形角标准差达到20′时,滤波器出现明显的发散现象,因此速度匹配算法在应用时,应充分考虑机动带来的动态挠曲变形角所产生的影响,合理选择机动大小或武器挂点。

大方位失准角下舰载机快速传递对准技术

为解决舰载主惯导与机载子惯导之间大失准角问题,同时满足对准快速性的需求,提出了从舰载机进入弹射位置开始,到舰载机飞离甲板时间内,基于虚拟惯导(VINS),综合利用舰载主惯导信息、跑道航向信息以及激光多普勒测速仪(LDV)信息,利用速度匹配方法实现舰/机惯导传递对准的方法,并建立了传递对准误差模型。该模型利用舰艇坐标系与跑道坐标系之间的方向余弦矩阵,将舰载坐标系与机载坐标系之间的大失准角问题,转化为机载坐标系与跑道坐标系之间的小方位失准角问题。考虑弹射过程舰艇及舰载机的运动模型,利用数学仿真对传递对准误差模型进行了验证,并与UKF滤波方法进行了对比。仿真结果表明,该方法可以在8 s内实现舰/机惯导的传递对准,对准性能与UKF滤波方法相当,且对准过程不需要舰艇进行任何机动运动。

高频角振动激励源设计及关键技术

针对现有力矩电机驱动角振动激励源频率难以超过100 Hz、波形失真大、不能满足宽频高精度角振动校准需求的现状,提出采用框式结构电磁驱动方法,显著降低驱动线圈电感以实现驱动力快速响应,并采用精密轻质空心杯空气轴承实现轴系定位,以克服摩擦力、提高回转定位精度,结合有限元分析仿真,将空气轴承转子与励磁线圈骨架进行整体优化设计,使轴系固有频率提升至2800 Hz以上。新的角振动激励装置的测试结果表明,工作频率范围达到600 Hz,角加速度波形失真度小于2%,可实现1 kg承载和1760 rad/s2最大角加速度,超出德国PTB角振动标准给出的50g承载和1400 rad/s2最大角加速度的技术指标,可更广泛用于高精度角振动校准及角运动传感器的动态性能评价。

基于图像序列的真空开关分闸速度检测

真空开关的分闸速度是影响开关电弧形态及其使用性能的重要因素。为满足高精度分析的需求,提出运用数字图像处理技术从真空开关运动序列图像中精确跟踪触头位置,进而计算触头运动速度的检测方法。该文首先利用Solidworks软件建立真空开关触头模型,并以设定速度模拟分闸过程,获得了分闸过程动触头的运动序列图像。运用Harris角点检测算法提取序列图像中触头角点,然后用SSD(sum of square differences)角点匹配算法对相邻序列图像中所检测到的角点进行匹配,并从中筛选精确匹配角点,再以匹配的像素角点为初始值,计算亚像素精度角点,从而实现了动触头位置的亚像素级精度跟踪。计算相邻帧图像动触头的位移,该位移与相邻帧图像时间间隔的比值即为动触头的瞬时速度。结果表明:亚像素角点检测技术可实现动触头位置跟踪及其分闸速度计算,且相对误差≤4.7%,最高精度可达0.34%。该方法能够实现真空开关分闸速度的高精度检测,为后续分析分闸速度与电弧形态的关系奠定了基础。

加速度计振动陀螺

叙述了能同时敏感运动物体线加速度和角速率的加速度计陀螺的原理、结构及微机械加速度计陀螺的性能。

长线阵TDICCD空间相机像移匹配及MTF分析

长线阵TDI(time delay and integration)CCD空间相机通过机动成像可以获得更宽的地面幅宽,缩短重访周期。由于角度变换和地球曲率等因素,相机不同视场位置的像移速度和偏流角存在差异,TDICCD焦面越长,机动角度越大,差异越大。通过像移解析模型计算像面上各点像速矢量,定量分析空间相机在侧摆和俯仰成像时视场上各点像移速度和偏流角差异对调制传递函数(MTF)的影响,并以MTF为约束确定各工况下的像速匹配模式和参数指标。分析结果表明:侧摆成像时,以沿TDICCD积分方向上的MTF退化为主;俯仰成像时,垂直于TDICCD积分方向上的MTF退化较多。以某工程实例计算:以传函下降5%为约束,以最大侧摆角40°成像时,可采用32级积分级数。俯仰30°成像时,可用积分级数不能超过8级;俯仰10°成像时,积分级数不超过16级。

大失准角传递对准杆臂效应影响研究

从舰船舰载机惯导系统传递对准实际需要出发,针对刚性舰船载体分析杆臂效应对子惯导系统速度、加速度(比力)影响,在大角度失准角情形下引入标称失准角和计算失准角概念构建传递对准速度姿态匹配非线性误差模型,对系统误差模型展开状态参数估计研究,通过比较研究杆臂矢量对子惯导系统失准角估计误差及其对准精度的影响以及不同初始杆臂矢量对标称失准角估计误差及其精度影响情况,验证本模型在舰船舰载机惯导系统海上对准有效性及其对准精度.

速率方位惯性平台/GPS/计程仪组合导航系统仿真研究

根据科学发展和高精度导航的要求,提出了一个由GPS 接收机、速率方位惯性平台和重力敏感器构成的精确重力测量组合导航系统,给出了该组合系统在速率方位地平坐标系下的误差方程和Kalman 滤波方法以及计算机仿真结果。数字仿真表明:由中等精度的陀螺仪和加速度计以及GPS 组成的组合导航系统平台水平误差角小,定位精度高,能够满足重力测量和导航要求。

机载导弹传递对准匹配方案研究

传递对准是解决机载战术导弹在空中动基座条件下初始对准问题的有效方法。为有效估计机载战术导弹系统的姿态误差角,文中在基本匹配方案的基础上,详细研究了"角速率+比力"匹配和"速度+全姿态矩阵"匹配这两种传递对准的匹配方案,分别推导了其数学模型,并进行了数字仿真,最后对仿真的结果进行了比较、分析,结果表明该方法能够有效的估计姿态误差角,并能够在较短时间内以一定精度完成初始对准。

一种低速转台低速率检测方法

液浮陀螺角速率阈值检测引出问题,分析问题发生原因。利用 XL80 激光干涉仪的小角度连续测量功能,对转台低角速率稳定性进行检测。通过获得转台升级前后测试数据对比,确认问题所在。从而证明转台低角速率稳定性检测方法符合液浮陀螺角速率阈值标定设备控制需求。

考虑载体弹性变形的两种传递对准方法的对比研究

传递对准时,载体的弹性变形会对装在载体上的子惯导系统的对准精度产生影响,因此需要对弹性变形进行建模,估计出弹性变形角并加以补偿来提高对准精度。文中分别采用“速度+角速率”匹配的对准方法和“速度+姿态角”匹配的对准方法进行卡尔曼滤波仿真,对安装误差角和弹性变形角进行了估计,并对估计结果进行了比较,分析了它们的对准精度和适用性。