Integrated Design and Accuracy Analysis of Star Sensor and Gyro on the Same Benchmark for Satellite Attitude Determination System

As an important sensor in the navigation systems,star sensors and the gyro play important roles in spacecraft attitude determination system.Complex environmental factors are the main sources of error in attitude determination.The error influence of different benchmarks and the disintegration mode between the star sensor and the gyro is analyzed in theory.The integrated design of the star sensor and the gyro on the same benchmark can effectively avoid the error influence and improves the spacecraft attitude determination accuracy.Simulation results indicate that when the stars sensor optical axis vectors overlap the reference coordinate axis of the gyro in the same benchmark,the attitude determination accuracy improves.

IDENTIFICATION OF GYRO DRIFTS UNDER THREE AXIS ATTITUDE COUPLING

ＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮＯＦＧＹＲＯＤＲＩＦＴＳＵＮＤＥＲＴＨＲＥＥＡＸＩＳＡＴＴＩＴＵＤＥＣＯＵＰＬＩＮＧＪＩＮＧＷｕｘｉｎｇ（荆武兴），ＷＡＮＧＸｕｅｘｉａｏ（王学孝），ＷＵＹａｏｈｕａ（吴瑶华）（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎ...

基于PID控制算法的矿用巡检机器人设计

针对传统人工巡检方式的人力与时间成本较大、井下工作人员安全隐患高等问题,设计了一种基于PID平衡自调节算法的矿用巡检机器人。测试结果表明,经自适应不完全微分PID算法处理,基于PWM控制电机升降速率来调整机器人平衡的方式稳定可靠,满足井下实际需求。

基于TC264单片机的山体滑坡预警系统设计

我国属于多山国家,山体滑坡一直以来都是不可小觑的安全隐患,因此设计山体滑坡预警系统具有重要的意义。本设计以TC264单片机为核心,通过多传感器的监测保障和GPS定位系统的实时追踪进行数据采集。同时本设计使用NRF24L01模块进行数据传输,利用人机交互模块对系统参数进行显示。本系统具有成本低廉且操作简练的优点,对于山体滑坡预警具有参考价值。

基于角速率陀螺的扇翼机简化配置控制技术研究

扇翼机兼具固定翼飞机和直升机的优越性能,通过在厚机翼前缘嵌入横流风扇代替传统固定机翼,可同时提供升力和推力,并会附加一定的低头力矩,使得扇翼机纵向高度控制和姿态控制存在强耦合。独特的动力结构使扇翼机具有较高的静稳定性,但扇翼机机载空间有限,基于此提出基于角速率陀螺的扇翼机简化配置控制技术研究,并分析了控制系统的频域和时域特性。通过非线性仿真对比分析,验证了简化配置控制方案的有效性,且纵向简化配置相较于全配置更适合扇翼机纵向的飞行控制。

微机械惯性传感器的技术现状及展望

对微机械惯性传感器—微加速度计和微陀螺的技术现状进行了评述。根据其不同的技术实现,诸如制造过程、工作原理、控制系统、接口技术等对其进行了分类描述。这些微传感器的用途很广,而且相对于其传统器件来说有低成本、小尺寸、低功耗等特点,正在全世界范围内被广泛研究。最后,对微机械传感器领域的一些新的进展进行了讨论,并提出了展望。

单轴双轮自平衡车姿态检测方案设计

针对单轴双轮自平衡车介绍一种基于惯性传感器的姿态检测系统,分析比较各惯性传感器在姿态检测系统中的性能优劣以及功能互补的特点。提出一种简易互补滤波算法对陀螺仪和加速度计进行数据融合,并对实际应用中可能出现的几个问题进行了探讨,从而有效地提高了系统的检测性能。通过系统实际测试得到的数据绘制了曲线图,表明滤波算法对于提高系统精度是切实有效的。

预测扫描提前跳转的电子稳像方法

提出一种基于传感器电子稳像技术的扫描稳像方法———预测扫描提前跳转法,用以处理电子稳像过程中摄像系统的扫描运动问题。首先,利用传感器敏感摄像系统运动,实现对图像序列帧间偏移量的估计,并根据估计偏移量预测图像序列是否存在扫描运动;然后,对存在扫描运动的图像将参考帧提前跳转到扫描后位置,再运用稳像算法进行处理。该方法通过提前跳转参考帧将扫描模式下的稳像过程简化为不存在扫描运动的稳像过程,简化了扫描稳像的数学模型,降低了算法复杂度,同时通过跳转步长的设置和缓存参考帧技术进一步提高了算法的准确度和可靠性。实验结果表明,该方法可在输出稳定图像的同时正确显示视频序列的扫描运动。

无线高精度角位置跟随监控系统研究

为弥补当前位置跟踪系统控制精度不高和有线数据传输的不便,设计了一种高精度无线角位置跟随控制系统。采用多量程高精度L3G4200DH三轴陀螺仪作为角位置传感器,通过2.4G NRF24L01无线射频收发芯片实现数据传输,以ARM Cortex-M3作为微控制器,使用模糊PID全闭环控制算法对伺服电机进行控制,并且加超前校正和前馈环节,改善角度输入响应滞后,从而减小系统的跟随误差。同时采用无线视频模块实时监控伺服电机状态。通过仿真和实验证明,伺服系统在精度和实时性上有了很大提高,动态跟随精度达到了10-3,具有较好的跟随特性,同时无线数据传输方式将给远程控制和特殊作业环境带来极大的便捷。

微型三轴气浮台姿态确定系统设计

为建立现代小卫星的姿态确定仿真系统,在微型三轴气浮转台上设计了基于敏感元件组合"MEMS陀螺+倾角传感器"的姿态确定系统。首先,系统采用具有32位浮点运算能力的TMS320F28335为中心处理器,通过CAN总线实时采集低精度输出的MEMS陀螺仪角速度信息和较高精度输出的倾角传感器角度信息,然后用扩展卡尔曼滤波器实时处理角速度、角度信息,得到三轴气浮转台的姿态信息;最后通过数学仿真和物理仿真来验证三轴气浮转台姿态确定系统设计的合理性。实验结果表明,该系统能够滤除MEMS陀螺仪输出的漂移,提高转台角速度测量精度,其均方差由0.01516降低至0.005632;角度输出精度基本保持不变,其均方差约为0.001。这表明系统设计合理,能够提供较高精度的姿态信息,满足小卫星姿态确定系统仿真平台的要求。

基于神经网络算法的肉牛采食行为检测方法

为解决肉牛采食行为识别问题,利用集陀螺加速度计和蓝牙模块为一体的传感器节点采集肉牛的行为姿态数据并通过蓝牙轮询组网模式将数据无线传输到PC上位机,进行实时显示,对采集的肉牛行为数据进行分析,进而识别肉牛采食行为。选用40头健康处于育肥期的西门塔尔肉牛样本(体重约385kg,舍饲,每天饲喂2次,可自由饮水),分为2组,其中30头为试验组,用松紧带在肉牛颞窝部位佩戴传感器节点;另外10头为对照组,不佩戴传感器,用于比较肉牛是否因佩戴节点而有异常反应。同时在肉牛限位栏的前方安装监控摄像头,记录肉牛的行为信息,以作为后期数据处理依据。试验记录的原始数据包括X、Y、Z三个轴的加速度、角度以及角速度的九个变量值、数据采集的时间(s)以及节点内部温度。结果表明:肉牛采食行为检测系统能够快速采集和传输肉牛采食信息,系统工作稳定。传感器节点体积大小合适,对肉牛采食行为没有任何影响,肉牛基本没有应激反应。说明利用BP神经网络算法可以实现对肉牛采食行为的识别,能够分类出肉牛两种不同的行为状态。根据对采集数据的对比分析,提取出了肉牛在两种不同状态下的特征值,并选择了合适的特征值作为BP神经网络的输入。通过BP神经网络分类的肉牛的采食行为,其正确率为99.04%。

MEMS惯性导航传感器

对大多数导航应用而言,精度并不是最重要的因素,在满足精度的前提下,尽可能降低成本、缩小体积才最重要。MEMS(Micro Electro Mechanical System)惯性传感器在民用市场已得到广泛应用,在战术级的导航中也开始逐渐应用,这主要受益于利用科里奥利效应制造的各种类型的MEMS陀螺。目前还没有达到战术级应用的环形激光陀螺和光纤陀螺的精度水平,但MEMS惯性传感器深具潜力。本文介绍当前MEMS陀螺和加速度计制造技术的发展,重点讨论MEMS传感器的设计及性能,并展望MEMS惯性传感器的发展前景。

基于磁强计和陀螺的弹箭飞行姿态测试方法

提出了一种基于磁强计和陀螺的弹箭飞行姿态测试方法。利用地磁测量、陀螺测量和卡尔曼滤波器来解算姿态角的算法。设计一种基于地磁和陀螺的姿态测量系统,利用组合样机在三维无磁性转台上采集数据,分析和处理了实验数据,对卡尔曼滤波器进行了测试。结果表明:该算法可用于旋转飞行体的姿态测量。

基于MME/EKF算法的卫星质心在轨标定

提出了一种基于MME/EKF的卫星质心在轨标定算法。首先以磁力矩器为执行元件给卫星施加一个明显大于干扰力矩的周期性力矩,将静电加速度计的量测信息分解为线性和周期性加速度,并将星敏感器标定后的陀螺仪数据代入MME算法中估计出卫星的角加速度,然后利用EKF算法求解卫星质心的位置。最后进行了数学仿真验证,仿真结果表明该算法不需要卫星的控制输入以及动力学特性信息,便能实现卫星质心较为精确的标定。

两种典型的光纤传感器研究现状与发展趋势

介绍了两种典型光纤传感器的研究和应用情况 ,提出了光纤传感器存在的问题及发展方向 。

一种改进的星敏感器/陀螺卫星定姿算法

针对传统的四元数估计(quaternion estimation,QUEST)算法在观测矢量之间夹角很小或噪声剧烈增大时,定姿性能显著降低的问题,提出一种基于当前星敏感器观测信息量的滤波算法。该算法通过引入动态增益系数,解决了历史观测信息和当前观测信息之间的比例问题。该系数能够根据当前观测矢量信息量的大小变化自适应调整,从而避免了需要另外一个滤波过程对其进行确定的复杂性。对该算法进行了仿真,对比结果表明,该算法可以有效提高系统的定姿性能。

陀螺/星敏感器在轨标定算法研究

为确保姿态测量器件长期在轨工作精度,提高三轴稳定卫星的姿态确定精度,针对典型的陀螺/星敏感器联合定姿方案,推导了一种对陀螺和星敏感器进行实时在轨标定的算法.充分考虑卫星姿态测量过程中可能出现的各种误差源,建立陀螺和星敏感器的安装误差和标定因子误差模型,并对可能出现的各种误差进行在轨补偿,与同类算法相比,为卫星姿态确定和校正提供了更加丰富的信息,计算量更小.最后对该算法进行了数学仿真,仿真结果验证了该在轨标定算法的有效性和可靠性.

航天器姿态自抗扰控制

为抑制航天器自身结构参数变化和内外扰动对姿态控制精度和姿态稳定度的影响,设计了航天器姿态自抗扰控制器.自抗扰控制器(ADRC)由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和姿态反馈控制器(AFC)3部分组成.跟踪微分器负责安排姿态指令过渡过程,并提取其微分信号.扩张状态观测器(ESO)充分利用姿态敏感器与速率陀螺的量测信息,可对航天器姿态及内部和外部干扰进行观测.姿态反馈控制器则在补偿ESO估计的干扰的同时,实现航天器的姿态控制.与已有研究相比,扩张状态观测器采用复合量测信息对状态估计进行校正,性能较好.而自抗扰控制器只采用一个环路即可实现姿态控制及干扰补偿,结构简单.对某航天器姿态控制系统的仿真结果表明,以上自抗扰控制器是可行的.

陀螺感应型无刷电动螺丝刀调速控制研究

采用陀螺感应技术实现调向调速控制可使无刷直流电动机驱动的电动螺丝刀的智能性和操作舒适度得到提升。依据陀螺仪的应用特点,研制了陀螺感应型无刷电动螺丝刀系统。详细叙述了数字控制模块和陀螺感应模块电路的设计;采用了转速电流双闭环控制策略,操作控制策略和陀螺感应控制策略的综合控制方法,给出了程序流程图。最后完成对原理样机测试实验,实现了应用陀螺感应功能的无刷直流电动机驱动的电动螺丝刀用户操作舒适性和智能性的提升。