一种基于惯性测量组合的弹箭飞行姿态测试方法

在弹箭飞行遥测中,采用基于MEMS传感器的惯性测量组合(IMU)来测试弹箭飞行姿态数据,该方法构成的测试系统体积小、抗过载高、功耗低、数据处理简单直观可靠、对弹载结构改动不大且成本低。给出了该测试方法原理以及四元数解算方法,并对四元数初值进行了分析,在此基础上给出了仿真计算结果。

基于IMU与UKF的船舶升沉运动信息测量方法

为获取实时、精确的船舶升沉运动信息,根据船舶升沉运动模型和频谱分析方法,建立描述惯性测量单元(IMU)的加速度测量信息与船舶升沉运动状态量关系的解析模型。基于无迹卡尔曼滤波(UKF)算法非线性滤波的特点,进行升沉运动滤波解算。通过仿真分析证明了所提方法在船舶升沉运动测量中的有效性。利用三自由度平台升沉运动测量实验验证,结果表明,同一模型下,相比于扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的解算结果,所提方法具有更快的收敛速度和更高的测量精度;对船舶升沉位移的估计精度达到最大升沉幅值的5%,可以得到精确、无时延的船舶升沉运动信息。

车载简易惯性测量装置的误差建模与仿真

提出了一种用于列车定位的车载简易惯性测量装置(IMU),给出了其系统安装结构与导航定位解算方法,并分析了该系统的误差源,进而在此基础上推导获得了其系统误差模型。计算机仿真结果表明,所建立的IMU系统误差模型能够准确地描述出测量器件误差对整个系统测量结果的影响,从而为车载简易IMU的工程应用垫定了理论基础。

基于极大似然估计的惯性测量组合标定方法

针对测试设备或平台框架转角误差（ASE）较大的情况，提出了一种用于惯性测量组合（IMU）标定的新方法。该方法采用相互正交的惯性器件输出的平方和作为观测信息，并以重力加速度ga和地速wic的幅值平方作为参考基准来标定工具误差系数，这样能够消除ASE对标定结果的影响。同时针对误差项系数也较大的情况，给出了一种基于极大似然估计（MLE）的辨识方法。仿真分析了各误差系数的可观测性，并验证了辨识方法的有效性。

IMU/GPS辅助航空摄影测量技术方法应用研究——以贵阳市航空摄影测量项目为例

通过贵阳市航空摄影测量项目的实施,形成了一套有效可行的IMU/GPS辅助航空摄影测量技术方法。介绍了项目所采用的检校场的布设方法、IMU/GPS辅助光束法区域网像控布点方法,以及IMU/GPS辅助空中三角测量技术,分析了IMU/GPS辅助空中三角测量和DEM/DOM成果精度,论述了该项目所形成的IMU/GPS辅助航空摄影测量技术方法的适用范围和局限性。

GNSS/IMU/LiDAR融合定位研究

为提升低成本卫星接收机和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)条件下传统组合导航定位的抗干扰性和定位精度,本文通过融合GNSS、IMU、激光雷达(laser radar,LiDAR)来提高定位的鲁棒性及定位精度.在高楼遮挡等复杂环境下由于卫星信号丢失导致卫星定位结果降低,可通过GNSS与IMU的组合来提升导航定位的鲁棒性及其精度.如果卫星信号缺失时间过长,那么低成本条件下的GNSS/IMU组合定位精度仍不理想,本文提出利用LiDAR里程计输出的位置信息与传统组合导航通过扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)进行融合定位.实验得出:在无遮挡的环境下融合定位标准差(standard deviation,STD)精度较之卫星定位提升53.7%,均方根误差(root mean square error,RMSE)精度提升56%,较之GNSS/IMU组合定位STD精度提升37.9%,RMSE精度提升38.6%.在有遮挡的环境下融合定位STD精度较之卫星定位提升59.4%,RMSE精度提升71.3%,较之GNSS/IMU组合定位STD精度提升26.3%,RMSE精度提升33.7%.

基于可观性分析的GNSS/IMU/视觉融合定位算法

作为决策、规划和控制的基础,精确的位姿估计对于智能汽车极为重要。为提高车辆的位姿中的航向估计精度,本文提出一种基于可观性的全球导航卫星系统(GNSS)、惯性测量单元(IMU)的视觉融合定位算法。首先,为分析GNSS/IMU组合定位误差状态的可观性,提出一种新的相对可观性分析方法,结果表明传统的GNSS/INS组合定位算法存在4个弱可观状态;随后,基于相对可观性理论,利用视觉惯性里程计估计的相对航向角,提出了一种基于可观性的融合定位算法;最后,实验验证了相对可观性分析的有效性,实验结果显示所提定位算法的最大航向误差为2.76°,航向误差RMS为1°,表明所提算法可以有效提高弱可观状态下车辆的航向估计精度。

GNSS/INS组合导航中IMU参数设定与优化

针对惯性测量单元(IMU)参数设置不合理导致全球卫星导航系统(GNSS)/惯性导航系统(INS)组合导航无法充分发挥IMU性能的问题,提出了一套IMU参数设定与优化方案,建立了以GNSS短期中断期间导航漂移误差统计值、理论估计精度一致性以及IMU误差参数估计稳定性为评估对象的考核准则,使优化后的IMU参数可以确保GNSS/INS组合导航解算中状态预测方差阵的准确性,实现预测信息与观测信息权重合理分配,进而保障GNSS/INS组合导航最优性能。实测验证采用ADIS16465和ICM206022款典型车规级和消费级微机电(MEMS)IMU进行性能测试分析,测试结果表明:初始IMU参数与GNSS/INS组合导航算法适配度较低,无法得到最优组合导航结果;优化后,IMU参数在保障组合导航最优性能基础之上,也可实现理论估计精度与实际精度高度一致。

微小型IMU/GPS组合定位定向系统研究

介绍了一种低成本微小型惯性测量组件(inertialmeasurementunit,IMU)和双天线GPS构成的组合定位定向系统。为确保组合系统的实时性和滤波稳定性,提出了一种基于UD分解的快速卡尔曼滤波算法,给出了IMU/GPS组合系统的软硬件设计和实验结果。该组合系统应用于炮兵测地车,具有成本低、精度高等优点,能够提高炮兵测地保障的精度和速度。

单目相机-IMU-机械臂的空间联合标定方法

将单目相机和惯性测量单元(IMU)固定在机械臂末端,可以有效地协助机械臂进行运动估计和场景感知。单目相机、IMU和机械臂之间可靠、准确的标定是实现随动感知的前提。但是,传统的标定方法存在耦合误差大、标定一致性差和6自由度激励不充分的问题。为此,本文提出了一种新颖的单目相机-IMU-机械臂的空间联合标定模型,该模型能够将旋转分量的误差和平移分量的误差完全解耦。此外,创新性地设计了一种螺旋式运动轨迹来标定感知模块,采用这种运动轨迹能够避免6自由度激励不充分和一致性差等问题。在实验环节,本研究搭建了单目相机-IMU-机械臂空间联合标定平台,计算得到三轴姿态角和平移分量的均方根误差分别小于0.7°和7 mm,证明了所提标定方法的有效性。

基于简易IMU的低成本列车定位系统研究

针对我国当前列车定位技术中存在的不足,并结合列车定位的使用环境和实际需要,忽略列车的海拔高度、天向速度和部分姿态角信息,对传统惯性导航系统进行了简化设计,提出了一种低成本的简易惯性测量装置(简易IMU)。文中仅采用一个单自由度陀螺仪和两个加速度计作为惯性测量器件,构成简易IMU,通过导航解算获得列车的即时速度和位置,从而实现列车的导航定位。文中设计了该简易IMU的系统结构,并经详细推导获得其导航定位解算方法。仿真结果表明,该简易IMU能够全天候地对列车进行连续可靠的自主导航定位,导航信息全面且定位精度较高,并显著地降低系统的成本、复杂性和计算量,为解决现有列车定位技术中存在的问题,进行了有益的尝试。

大船甲板变形监测系统中IMU的优化布局

大型船只的甲板变形极大地影响着船载设备所需姿态信息的精度,通过在舰船上安装惯性测量单元(IMU),采用惯性匹配的方法能够得到甲板的实时形变信息,出于实际考虑不可能为舰面上所有战位点都安装IMU;文章在舰船有限元模型的基础上进行模态分析,以甲板的MAC(模态置信度)矩阵非对角元作为生成遗传算法适应度函数的依据,利用遗传算法得到舰船甲板变形监测系统IMU的优化布局方案,仿真计算结果表明,该方法能得到较理想的IMU布局方案。

基于弹载IMU／GPS组合导航系统的动基座对准研究与仿真

对基于弹载IMU／GPS组合导航系统的动基座对准问题进行了研究与仿真;首先,分析了弹载IMU与GPS的系统误差,建立获得了其系统误差模型;然后,利用卡尔曼滤波技术,设计了弹载IMU／GPS组合导航系统的动基座对准算法;仿真结果表明,在初始误差较大的情况下,经过360秒的动基座对准,IMU的姿态角误差可降至10个角秒,同时位置和速度误差也得到了有效修正,从而证明该动基座对准算法是行之有效的。

旋转惯导系统中IMU转停时间分配技术研究

针对惯性测量单元(IMU)单轴旋转捷联惯导系统改善运载体导航精度能力有限的问题,同时从工程应用角度降低IMU连续长时间正反转引发旋转机构出现故障几率的角度出发,提出一种基于光纤陀螺的双轴转停方案。设计对称分布的双轴16次序转停路径并分析其误差调制原理;根据双轴旋转捷联惯导系统误差特性,研究IMU转停过程对系统导航精度的影响并计算最优转停时间间隔,利用仿真验证本方案的有效性。

低成本IMU/GPS车辆组合导航系统设计与仿真研究

设计了一种低成本的IMU/GPS车辆组合导航系统。采用低精度的陀螺仪和加速度计作为惯性测量器件,构成惯性测量装置(IMU);然后,将该IMU与GPS构成组合导航系统,通过设计高效的组合导航算法来提高组合系统的定位精度。实验仿真结果表明,该低成本IMU/GPS车辆组合导航系统具有较高的导航精度,同时有效降低了系统成本。

从精确制导武器的发展看惯性技术的新贡献

高度有效的精确制导武器已在近几年来的战场上发挥了重大作用 ,而精确制导技术是精确制导武器中的关键技术。本文从未来战争对精确制导武器所提出的新要求入手 ,提出了制导技术的发展是推动精确制导武器发展的动力。本文结合今年的伊拉克战争 ,介绍了精确制导武器的应用和发展 。

甲板变形测量技术研究

当舰上的主导航系统与载机子惯导之间进行传递对准时,船体的变形会引起对准误差。想消除船体变形的影响从理论上讲,挠曲变形可以通过卡尔曼滤波进行估计,但在实际上很难建立足够精确的模型。通过船体变形的测量与校正技术,在大型载舰存在复杂动态变化的情况下,可采用分布式姿态基准,在载舰上的不同部位安装有限套惯性测量单元（IMU）,与舰上主导航系统构建成一个惯导网络,为载机子惯导的传递对准提供更丰富、更准确的载舰状态信息,从而大大提高传递对准的精度的研究。

基于单目视觉与IMU融合的SLAM教学实验仪器开发

设计了一种面向实验教学的单目视觉与惯性测量单元(IMU)融合的开源同时定位与建图(SLAM)仪器。完成了摄像头和IMU在实时机器人操作系统(ROS)下的数据传输、联合标定、视觉里程计前端、IMU的预积分、视觉与IMU的紧耦合、回环检测和后端优化软件设计,计算得到了仪器实时运动轨迹。该实验教学仪器可以应用于移动机器人的SLAM任务。实验仪器经大量测试,能够为学生提供算法开源的视觉SLAM实验平台,有效提高人工智能、机器人工程的本科人才培养水平,增强学生知识综合运用能力和实践动手能力,获得了良好的实践教学效果。

一种IMU数据采集软件的设计与实现

激光捷联惯组的寻北及导航精度是武器装备的重要指标之一,它决定着打击瞄准目标的准确度和精度。而提高对激光捷联惯组惯性测量单元(Inertial Measure Unit,IMU)原始信号的采样准确性,确保激光捷联惯组寻北、导航解算所使用的IMU输入数据的可靠性和精度,是保证激光捷联惯组的寻北及导航精度的基础。设计的IMU数据采样软件采用定时中断采集IMU的原始数据,通过FIR滤波后进行寻北及导航解算。经应用验证:激光捷联惯组IMU数据采集处理方法可靠,采集标称精度0.003°/h的激光陀螺、偏值不超过5mg的石英挠性加速度计,可以保证IMU器件的原始精度,满足激光捷联惯组寻北和导航精度要求。

无人机校飞系统姿态测量装置检测方法

针对无人机校飞系统姿态测量装置的计量检测问题,分析了姿态测量装置的计量特性,确定了主要的计量检测项目,设计了检测方法,进行了测量实验,结果表明所设计的检测方法可行且能够满足装备计量保障要求。