基于空间交汇测量技术的悬臂式掘进机位姿自主测量方法

根据深部危险煤层无人化开采的需求,要实现无人环境下对悬臂式掘进机位姿的高精度测量。提出一种基于空间交汇测量技术的悬臂式掘进机自主位姿测量方法,由悬臂式掘进机搭载激光发射器并发射旋转激光平面,在其后方安装位置固定的激光接收器并通过激光平面获取激光发射器相对于其自身的方位,从而得到悬臂式掘进机相对于由激光接收器确定的巷道坐标系的位姿状态。构建悬臂式掘进机位姿测量的数学模型,运用仿真软件对该模型进行仿真并分析位姿测量精度。仿真表明:在激光发射器与激光接收器相距25 m时悬臂式掘进机定位点的最大测量误差在X轴,测量误差为0.082 3 m;姿态角的最大测量误差为横滚角,测量误差为2.018 4°。基本满足目前煤矿综掘工作面对悬臂式掘进机位姿测量精度的要求。

应用双向时间传递的重力卫星时标误差自主测量

星间时标误差的自主测量对于中国自主研发地球重力卫星具有重要意义.提出利用双向时间传递法实现重力卫星时标误差的自主测量,设计了测量方案,建立了包含卫星运动导致的链路非对称、电离层效应、设备零值以及随机测时误差在内的测量模型.结合地球重力卫星相关特性,分析了时标误差测量中各误差源的影响及相应的误差校正方法.以GRACE重力卫星为例,利用提出的方法和校正措施,星间时标误差自主测量精度可以达到0.62 ns,其中误差主要来自系统零值标定误差和随机测时误差.

基于MARG传感器的自主姿态测量新算法

针对基于三轴陀螺、三轴加速度计以及三轴磁强计组成的传感器组合(MARG传感器)的姿态测量算法存在的不足和限制,以自主姿态测量为前提,提出了一种新的基于四元数的优化递推估计算法。这一算法能够在线估计补偿陀螺漂移误差,不再需要对系统方程进行线性化处理。与基于EKF的方法相比,在同等计算复杂度下,该算法具有更高的精度和更好的稳定性。算法本身内蕴了对四元数单位长度的限制,不再需要任何归一化处理。仿真结果显示出了该算法具有令人满意的效果,利用水上漂浮试验初步验证了该算法的稳定性。

基于双微机电惯性测量单元的船用自主水平姿态估计算法

针对船载自主水平姿态基准系统需求,提出了一种基于双微机电惯性测量单元的方案。其中一套固联船体,另一套为转位方式,以两套微机电惯性测量单元间相对速度、位置、姿态为观测约束,基于状态变换卡尔曼滤波实现不依靠外界辅助信息的自主式水平姿态测量算法,减弱了陀螺、加速度计零偏误差对水平姿态精度的影响。通过采用三轴角运动模拟转台进行了海况模拟实验验证。无舰船主惯导提供舰船运动信息情况下,虽然船的质心水平机动会影响水平姿态的绝对精度,但不会影响船上不同位置点之间的相对姿态测量精度;而当舰船上有高精度主惯导系统可提供速度参考时,即使有常值速度偏差和舒勒周期速度误差,仍可实现绝对姿态测量精度优于0.02°(1σ)。所提出的姿态测量方案可以在海况恶劣且无外界参考信息的情况下建立高性价比的全船统一姿态参考基准。

船体变形测量中激光陀螺零偏误差的补偿

激光陀螺在船体角形变自主测量中具有重要应用。根据激光陀螺自主测量船体角形变的角速度匹配测量方程,推导了静态形变和动态形变的误差方程并分析了激光陀螺的随机零偏误差对两者的影响,提出了随机零偏误差模型的改进方法。该方法构建了惯性姿态匹配测量的最优滤波器,将随机零偏误差建模为微弱白噪声驱动的随机游走模型和零均值的白噪声模型,并实时地将随机零偏误差差值的估计量反馈到激光陀螺输出的角增量中进行补偿。仿真结果表明激光陀螺的随机零偏误差模型经过改进后,角形变的估计误差优于10角秒,陀螺随机零偏差值的估计趋于平稳。

基于国产器件的小型化弹道惯性测量装置

针对目前惯性器件封装体积大制约其在炮弹自主弹道测量系统应用的问题,设计了基于国产器件的小型化弹道惯性测量装置。将国产压阻式加速度传感器、国产微机械陀螺仪、接口电路及12通道弹载记录器集成为六面结构体,实现惯性测量装置体积减小到20cm^3。转台实验及炮射试验证明,在10分钟的实验周期内该小型化惯性测量装置姿态角速度输出误差为0.5%。

超高压交直流输电线路树障隐患测量方案探析

本文通过对比传统树障测量、可见光树障测量、激光雷达树障测量和单线贴线自主飞行树障测量来了解近年来针对树障测量方案的变化,探讨分析了可见光树障测量、激光雷达树障测量、单线贴线自主飞行树障测量三种方案,介绍了三种方案的测量方法。

空间探测中动态运动对双向时间交换测距的影响

为了提高动态运动条件下双向时间交换测距(TWSTT)的精度,满足航天器间高精度自主测量的需要,在传统相对静止模式的基础上,分析了空间探测中目标间动态运动对双向时间交换测距的影响,针对两种典型的运动场景,分析了相对运动影响测距的机理,推导了动态运动条件下的距离解算公式。分析和仿真结果表明:相比传统静止模式,动态条件下的距离解算增加了目标间的相对速度、运动方向及相对距离等影响因素,如果在距离解算时忽略了上述因素,则将引入相应的测距误差,而且相对运动速度越大、相对距离越远,引入的测距误差越大。

3维细长管路测量系统扫描路径自主规划

针对弯折加工而成的3维细长管路的测量问题,设计了一种由工业机器人和多种传感器组成的自主测量系统.为完成测量中关键的管路点云自主扫描,提出了一种基于遗传算法的管路扫描路径规划算法,可求取出能够完整扫描管路且扫描次数尽可能少的1组无碰关键扫描点,并且在关键扫描点处机器人的姿态被约束在竖直方向周围的一定范围内.此外,在每代群体产生后根据向前覆盖因子更新探索步长,并据此调整新采样个体的采样区间用以快速采集到更合适的个体.路径规划算法的性能验证中,首先实施了弯曲管路仿真,然后进行了圆柱段和圆环段在不同姿态下的扫描路径规划的仿真,最后开展了汽车管路扫描路径规划的仿真和实测实验.仿真结果中最优个体扫描长度随迭代次数增加而增大,且两种管路段和汽车管路的扫描覆盖率均超过0.99,表明规划得到的关键扫描点数量少,且关键扫描点的扫描体可近乎完整地扫描对应管路.汽车管路仿真与实测实验结果表明该算法对复杂管路可规划出合适的扫描路径.

融合多传感信息的仿人机器人姿态解算

在RoboCup Soccer仿人机器人比赛中,机体姿态实时解算是仿人机器人运动控制系统的核心技术之一。文中分析了MEMS加速度计、磁强计和陀螺仪性能,以自主姿态测量为前提,融合惯性测量单元中多传感信息,提出了一种基于四元数的姿态解算算法。针对仿人机器人步行姿态控制中传感器数据存在的噪声干扰和测量误差,设计卡尔曼滤波器实现了对数据漂移的有效补偿,从而提高了全姿态检测的测量精度。试验结果验证了该算法对仿人机器人运动控制系统机体姿态实时解算的有效性。

智能测量船在水上测量业务中的应用

传统的水上测量模式在使用方便性、应用环境、安全性方面都有劣势,而智能测量船能够弥补这些劣势,同时智能测量船高度集成化,可以搭载多种传感器,满足多种作业需求。本文通过玄武湖的具体案例展示智能测量船的应用。