一种用于微惯性测量单元的橡胶减振器

为满足微惯性测量单元(MIMU)减振要求,利用橡胶体积小、质量轻、设计灵活的特点设计减振器。通过优化橡胶硬度、安装尺寸及安装压缩量提高了MIMU的谐振频率,且MIMU的动态性能未受到明显影响。通过随机振动及正弦角振动试验验证了橡胶减振器的减振效果,结果表明,微惯性测量单元X、Y、Z轴向谐振频率分别提升至3 672、3 990、3 976 Hz,陀螺带宽140~150 Hz,角速率延迟约2.7 ms。该方案对各类微惯性测量单元减振系统的设计具有一定的参考价值。

微惯性测量单元研究

微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高等特点,在车辆/舰船稳定控制平台、导航控制系统、小型弹类武器制导系统中具有广阔的市场应用前景。陀螺仪及微机械加速度计是MIMU的主要元件,MIMU作为惯性制导系统的核心元件,其体积和性能不但直接影响惯性系统的精度,还决定了它在惯性制导系统的应用范围。主要介绍了基于三轴MEMS陀螺及三轴MEMS加速度计的小体积低成本微惯性测量单元的研究,通过对敏感器件的误差补偿和信号降噪等措施来提高MIMU系统指标精度,使其适用于较高要求的应用领域。

微惯性测量单元的误差整机标定和补偿

提出了微惯性测量单元(MIMU)在高动态、高过载复杂应用条件下的误差整机标定和补偿方法。首先,建立了高动态,高过载复杂应用条件下MIMU的误差模型,该模型包括了结构误差,传感器安装误差和MEMS惯性传感器在复杂条件对精度影响较大的误差项,指零位温度漂移、互耦误差、刻度因子非线性和微陀螺加速度效应误差;根据模型提出了整机标定补偿方法,该方法可以标定MIMU的63个误差系数,并且不需要对单个传感器进行标定。然后,介绍了利用最小二乘法对模型进行误差系数标定的方法和步骤,并对自研的MIMU进行了标定。最后,通过飞行实验对MIMU进行了验证。结果表明,使用该方法使定位精度提高了一个数量级,基本满足MIMU在高动态、高过载条件下的精度要求。

一种基于MEMS的微惯性测量单元标定补偿方法

根据微机电系统MEMS（Micro Electronic Mechanical System）惯性器件的特点，在建立微惯性测量单元MIMU（Micro Inertial Measurement Unit）角速度及加速度误差数学模型的基础上，提出一种适用于MIMU的、仅采用单轴速率转台（无指北装置）的“动态翻转6位置”快速标定补偿方法．与传统标定方法相比，标定补偿方法简单便捷，可以一次确定出MIMU的45个误差系数，辨识误差系数精度高，尤其适用于低精度捷联惯性测量单元．通过理论分析、推导以及大量的实验验证，标定补偿方法可以将MIMU的精度提高2～3个数量级．

一种微惯性测量单元标定补偿方法

在介绍微惯性测量单元组成与结构的基础上,根据MEMS惯性器件的输出特性,建立了微惯性测量单元中加速度计和陀螺仪的数学标定模型,提出并推导了一种适用于微惯性测量单元的标定方法,该方法可以得到微惯性测量单元中惯性传感器的零位、标度因数、安装误差系数及g值敏感项等33个参数;然后,具体介绍了通过加速度计重力场静态翻滚试验和陀螺仪恒角速率试验对MIMU中参数标定的方法和步骤,并对实验室自研的MIMU进行了标定;最后利用得到的标定参数对测试结果进行了误差分析与补偿;实验结果表明,该方法使MIMU的测量精度提高了1～2个数量级,能够满足姿态解算及导航计算的精度要求。

微惯性测量单元橡胶减振器结构设计

为减小外部环境的振动和冲击对微惯性测量单元（MIMU）的输出的影响,基于减振器六种隔振模式理论和单自由度系统无阻尼自由振动原理,选择合适的隔振模式并分析了MIMU橡胶减振器谐振频率的影响因素。通过构建有效的有限元模型分析MIMU减振结构的频率响应,并调整减振器内环、外环结构及减振橡胶的材料硬度等因素,设计得到了一种MIMU橡胶减振器结构。最终,通过对含减振结构的MIMU样机进行扫频振动实验,实验结果与预期设计结果一致。实验结果表明,该结构不仅减少了MIMU受内部和外部振动源的干扰,还实现了减振系统的三向等刚度。研究工作为MIMU橡胶减振器设计提供了有效可行的方法。

基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计

为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。

微惯性测量单元的标定技术研究

精确的误差标定技术是提高惯导系统精度的重要基础,故在使用前要对惯性测量单元进行标定。根据误差来源建立了陀螺和加速度计的误差模型,提出并推导了一种采用多位置和速率相结合的标定方法。利用多位置试验标定出加速度计的零偏、标度系数、安装误差,陀螺的零偏以及与加速度有关的误差系数,利用正负对称的速率试验法标定出陀螺的标度因数和安装误差。将算法进行仿真验证,能有效减少误差,具有一定的工程应用价值。

基于激光测距仪与微惯性测量单元的室内个人导航方法

现有室内定位导航技术大多需要提前部署传感器网络,不适用于应急救援场景。为此,基于激光测距仪与微惯性测量单元提出一种新型的室内个人导航方法,在室内个人导航中引入同时定位与地图创建技术,无须提前部署传感器网络,实时生成室内二维平面图,并通过扫描匹配算法进行导航定位。实验结果表明,与惯性导航定位相比,该方法可以在不同的轨迹与环境下获得更精确的定位结果。

先进微陀螺器件及微惯性测量单元最新研究进展

微纳加工技术与振动惯性技术的结合使惯性仪表技术发生了重大的变革,拓展了惯性技术在军用和民用领域的应用。高性能微惯性器件对军事装备和国民经济的发展起着越来越大的作用。该文基于美国国防高级研究计划局(DARPA)近年来在微惯性传感器技术领域的资助项目,综合研究了微机电系统(MEMS)谐振陀螺、微光学陀螺(MOG)、声表面波(SAW)陀螺等微惯性传感器技术及微惯性测量单元的最新发展现状,并对其发展面临的技术挑战进行了详细地分析与评述。

一种免装配微惯性测量单元的研制与开发

以柔性材料和高精度六面体作为惯性传感器的安装载体和基准,设计了一种免装配、安装误差小、体积小、功耗低且便于标定的微惯性测量单元。给出了安装误差小角度前提下的传感器的测量方程和标定方法;利用微控制器的并行工作机制,提出了一种快速有效的基于均值滤波和FIR滤波的组合滤波方案。实验结果表明:MIMU可以100 Hz的频率更新测量输出,加速度测量噪声小于2.5 mg、测量误差小于0.8 mg,旋转角速度测量噪声小于0.15 o/s、测量误差小于0.2 o/s,可满足微小型惯性导航系统的功耗、体积、测量精度和响应速度的应用需求。

基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制

微惯性测量单元具有成本低、体积小、功耗低和抗冲击等优点,可以应用在车辆稳定控制、平台稳定及导航控制系统中,具有广阔的市场应用前景。详细介绍了采用三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计研制的微惯性测量单元硬件设计,对信号进行预处理、陀螺漂移补偿、降噪等处理。所研制的低成本MIMU经过补偿后零位漂移保持在:X轴、Y轴、Z轴,可以应用到普通导航领域。

基于无陀螺微惯性测量单元的惯性恒星罗盘

为满足微纳航天器对姿态确定系统的体积、重量、功耗、精度等严格要求,提出用无陀螺微惯性测量单元(GFMIMU,Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement Unit)和星敏感器组成惯性恒星罗盘(ISC,Inertial Stellar Compass)的姿态确定方案.根据无陀螺的测量原理建立了ISC的状态方程,将星敏感器的姿态测量信息作为观测量,修正GFMIMU长时间工作误差的积累.利用卡尔曼滤波器对ISC的定姿误差进行估计,并采用可观测性分析理论证明滤波器的滤波稳定性.最后,对ISC进行了系统仿真,仿真结果证明ISC可以满足微纳航天器的使用要求.

用于空间手势输入的无陀螺微惯性测量单元设计

针对三维空间手势输入的特点,提出了一种基于双路三轴MEMS加速度计的对称配置方案及角速度、线加速度解算方法。该方法使用两个三轴MEMS加速度计以及对称的硬件布局构成无陀螺微惯性测量单元,基于积分法计算测量单元的角速度和质心处线加速度,利用角速度解析式中的冗余信息对解算积累误差进行估计并实施误差补偿。该方案避免使用陀螺组件,两路加速度计在长轴方向上的对称编排方式保证了测量单元的小体积、狭长几何特征,便于手持;相应的角速度解算方法形式简单,适用于采样时长短、测量单元横滚角变化量小的三维空间手势特征提取和识别领域。仿真实验证明了该方案的可行性和有效性。

微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究

针对微惯性测量单元(MIMU)小体积、低功耗、低成本、高实时性的应用需求,设计了一种基于ARM和MEMS惯性器件的MIMU系统,并根据实验中得到的惯性器件的误差特性建立了一种惯性器件误差补偿模型,然后在硬件系统上进行了实验验证。利用该模型对惯性器件测量结果进行修正,可以有效抑制误差,提高MIMU的测量精度。整个系统能满足使用精度要求。

基于全加速度计惯性测量单元的微震颤测量技术研究

对基于全加速度计惯性测量单元的微震颤测量技术进行研究和分析,设计了测量系统的方案并研制了实验样机,惯性测量单元采用9加速度计的配置形式;推导了加速度计输出的比力方程,提出了将积分法和开方法结合起来求解角速度的算法;给出了利用四元数求解捷联矩阵的数值求解方法和在惯性坐标系下载体系上任意位置在任意时刻坐标的数值求解方法。

用于微惯性测量单元的FPGA数据采集系统

本文结合微惯性测量单元(MIMU)的应用,设计了基于FPGA的数据采集与处理系统,系统中,用低噪声、低功耗芯片对模拟电路进行信号的调整和采集,利用FPGA生产商Altera公司的NiosⅡ处理器进行实时信号处理,并移植了uCOS-Ⅱ实时操作系统。实验结果表明该系统具有体积小、重量轻、精度较高、低功耗、实时性好等优点,非常适合于小型飞行器、车辆导航等众多军用和民用领城。

微惯性测量单元设计及抗高过载性能分析

针对高过载环境下制导弹药内部空间约束及运动参数难以精确测量的问题,该文设计了一种框架式嵌入结构型的微惯性测量单元(MIMU)结构。MIMU由三轴微机械陀螺仪和三轴微机械加速度传感器组成,通过合理配置传感器的安装方式和优化内部空间布局,极大地减小了MIMU的质量和体积。整体结构采用高强度金属材料和特殊的灌封工艺,保证了MIMU抗高过载性能。通过有限元仿真与分析表明,所设计的MIMU结构可满足不小于20000 g(g=9.8 m/s^(2))的过载冲击。最后在靶场通过搭载某型号试验弹进行炮射过载实验,其实验结果表明,该文所设计的MIMU具备抗高过载能力,满足制导弹药高过载要求。

微惯性测量单元的减振结构设计与仿真分析

基于谐振式MEMS陀螺的微惯性测量单元(MIMU),在工作时其性能会受到来自内部与外部振动干扰的影响。在分析了影响MIMU性能的振动来源和传统减振方式的不足的基础上,提出一种基于阻尼合金的新型减振方案和相应的MIMU结构设计,并设计了仿真实验分析其力学性能和阻尼衰减特性。结果表明:采用该阻尼合金的方案,MIMU减振结构的各项力学指标均符合要求,并且具有良好的减振抗干扰特性。

一种微惯性与磁组合测量单元的姿态解算方法

目前无人机、机器人、人体动作捕捉等多个领域都需要全姿态测量方法支持,采用微惯性与磁传感器组合测量姿态是成本低、性能好、普遍使用的一种方案。针对磁力计易受外界铁磁干扰问题,提出一种基于旋转四元数、两级更新的姿态解算方法:第1级根据建立的陀螺仪、加速度计量测模型构建损失函数,采用梯度下降法对载体俯仰角和横滚角进行更新;第2级根据建立的磁力计量测模型,采用梯度下降法对载体偏航角进行更新。利用后验估计四元数计算铁磁干扰估计量,并将其作为下一时刻的先验铁磁干扰。实验结果表明,该算法可以有效校正角速率积分带来的累积误差,提高姿态解算精度,并具有一定抗铁磁干扰能力,增强了微惯性与磁组合测量单元姿态解算方法的环境适应性。