影响三轴摄影测量试验精度的折射误差分析

常规三轴试验与数字化测量技术相结合的摄影测量法可实现对土样的局部变形测量,由于折射的影响,其测量精度较低。为减少折射误差,利用摄影测量法对饱和砂土样进行三轴试验。使用相机对土样进行连续环绕拍摄,将获取的相片导入PMS软件中提取坐标,结合光线追踪技术构建三维折射修正模型,经过大量数据分析得到了折射误差修正系数。试验结果表明:在轴向高度上,修正系数为1.006,经修正后相对误差平均值为0.185%;在截面半径上,修正系数为1.361,经修正后相对误差平均值为0.451%,均满足精度要求。本次试验的饱和砂土所获修正系数可减小折射的影响、提高测量精度。

基于椭球拟合的三轴陀螺仪快速标定方法

陀螺仪是惯性导航系统的核心器件,其测量精度直接影响惯性导航系统的姿态解算的准确性,对其准确、快速地校准显得至关重要。目前陀螺仪所采用的位置标定和速率标定方法,存在测试条件苛刻,需要精密的标定测试设备和高精度的北向基准,且标定时间长等问题。在分析了三轴陀螺仪误差模型的基础上,提出了一种基于椭球拟合算法的三轴陀螺仪快速标定方法。该方法通过对三轴陀螺仪在不同姿态下对同一角速度矢量的测量数据进行椭球拟合,可快速标定出该三轴陀螺仪的零偏、灵敏度、不正交等静态误差,进而对角速度矢量测量数据进行补偿,以提高测量结果的准确度。实验结果表明该方法可有效提高三轴陀螺仪的测量精度。

三轴试验土样径向变形的计算机图像测量

提出了一种三轴土样径向变形的计算机数字图像测量方法。将计算机图像识别技术应用于常规的土工三轴试验 ,实现三轴土样变形的直接测量和土样变形过程的摄像、自动测读和自动记录 ,不仅为土工三轴试验提供了一种直接、有效的测量手段 ,而且可以把常规三轴仪应用于非饱和土的变形测试。文中还分析了测量精度和测量误差产生的原因。给出了对于实际土样采用常规测量方法和数字图像测量方法测量结果的比较。

1000V多盘感应分压器标准建立

中国计量科学研究院研制了一台1000 V多盘感应分压器标准装置,用作工频1000 V电压比例标准。该装置使用了一种基于互感器注入的误差补偿技术,可准确提供从1×10^-8到1的宽范围比例输出。感应分压器的误差校验使用了包含三同轴屏蔽技术的改进型参考电势增量法,并设计了多比例参考互感器以便对感应分压器进行整体校验。所研制的感应分压器准确度优于1×10^-7,校准结果不确定度小于2×10^-8。

振动三轴试验误差的分析及校正

振动三轴仪是室内土工试验中研究土体动力特性的重要仪器,但从以往的试验结果来看具有一定的离散性。这除了试验操作的人为误差外,振动三轴仪系统本身也会带来一定的误差,如双向动荷载的相位差不能达到预定值,系统本身的阻尼力,及试验数据的滞后性等等。为提高振动三轴试验的精确度,有必要对振动三轴试验的误差进行分析,找到误差的来源并进行相应的校正。

一种用于MEMS-IMU的单轴旋转调制方法

旋转调制是一种提高惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)性能的有效方法。但是微机电惯性测量单元(Micro Electro Mechanical System Inertial Measurement Unit,MEMS-IMU)由于器件精度低、零偏较大,采用旋转调制技术的误差补偿效果并不理想。另一方面,想要实现对陀螺仪三轴误差的补偿,必须采用双轴调制方案,但这样会使系统结构变得复杂,体积增大,降低系统的可靠性和实用性。针对上述问题,提出了一种正反旋转,非正交安装的单轴调制方案,能实现对陀螺仪三轴误差的有效补偿。为了保证在低精度的MEMS-IMU上运用调制方案的实用性,进一步分析了MEMS-IMU中零偏不稳定和零偏周期项误差对系统的影响,对调制方案进行了优化。经过实验验证,上述方案结构简单可靠,能有效减小载体的姿态误差,提高MEMS-IMU独立进行惯导解算的能力。

三轴抗剪强度参数的粗差剔除与指标确定

三轴抗剪强度指标(粘聚力和内摩擦角)是岩土工程中的重要设计参数,为了更加准确地确定三轴抗剪强度指标,提出了一种基于最小距离平方和的非线性规划求解法。在证明各莫尔应力圆与回归所得强度线的垂直距离服从正态分布的基础上,根据罗曼诺夫斯基准则等小样本异常值判别准则剔除含有粗大误差的数据,获取唯一的强度线,并最终确定岩土体粘聚力和内摩擦角。结合Matlab程序,问题求解显得快速、精确而直观。实例分析验证了本文方法的实用性。

三轴地磁传感器温度误差补偿研究

为了提高三轴地磁传感器测姿系统的精度,采用了温度补偿的方式对传感器输出进行误差补偿。分析了地磁传感器温度误差产生的机理,依此建立了三轴地磁传感器温度误差补偿模型,并根据此模型进行了相关的误差补偿实验。通过对比补偿前后的实验数据,可以得出结论:该温度误差补偿方法能有效减少由于温度因素对传感器输出造成的影响,提高三轴地磁传感器测姿系统的精度。

饱和砂土三轴试验中的若干问题

砂土的稳态强度是评估砂土液化破坏的重要指标。其特点一是受密度或孔隙比的影响很大 ,二是发生在较大的轴向应变水平 ,受不均匀变形影响较大。研究结果表明 ,砂土试样在饱和过程及不排水剪切过程均产生体积变形 ,对试验结果造成严重影响。借助侧向变形仪HRDT可直接测定或推算上述体变。通过利用润滑试样帽或用低密度试样可减小端部约束对试验结果的影响 ,但润滑试样帽的润滑剂和橡皮模的厚度要适中 ,以免产生较大的孔隙比误差。常规面积修正法在大应变时会明显高估了偏应力。为修正这种误差 ,本文提出了一种新面积修正方法。对于高均匀系数砂土 ,重复使用砂样进行剪切试验可能会导致较大的试验误差 ;进一步的结果表明 ,砂土稳态强度的试验结果的离散性与其均匀系数有相关关系 ,高均匀系数砂土的稳态孔隙比的离散值是低均匀系数的 3倍以上。

基于自适应遗传算法优化非对准误差补偿算法

针对在无转台标定下,惯性测量单元中三轴加速度计的灵敏度与零位输出电压会随时间变化而改变的问题,提出了一种基于自适应遗传算法优化椭球拟合的现场标定方法.通过建立椭球拟合补偿算法引入非对准误差,再采用自适应遗传算法对非对准误差进行最优参数估计,解算出三轴加速度计标定因数矩阵与零位输出电压.仿真结果表明,在数据良好的情况下,补偿标定精度最多提升了6个数量级,在数据畸变较大的情况下,精度提升了2个数量级,该算法依然表现出良好的标定精度,验证了该算法的准确性和可行性.

高精度光纤陀螺组件标定方法

为了提高光纤陀螺组件的标定精度,从三轴惯导测试转台技术指标入手,根据惯导测试转台定位精度高的特点,设计了六位置静态分立式标定方案.通过设计一定的标定路径,利用地球转速和当地地理纬度,激励出陀螺的标度因数、安装误差和零位等12个参数,新的标定方案避免了标度因数和安装误差对零位的影响.对自研光纤陀螺捷联惯导系统在三轴惯导测试转台进行传统标定和六位置静态分立式标定,并将标定结果用于静态导航实验,多次实验结果表明,与采用传统标定结果的导航定位误差相比,采用六位置静态分立式标定结果的导航定位误差显著降低.

基于三轴加速度计的倾角测量误差修正

目的:为提高基于三轴加速度计的倾角测量系统的精度。方法:分析测量误差的来源,同时从四个方面提出改进方案:对传感器数据噪声进行滤波,改善灵敏度非线性,通过过采样提高分辨率与信噪比,进行零点漂移和灵敏度漂移的校准。结果:对改进后的倾角测量系统进行实验测试,数据表明,测量误差平均减小了60%,且误差分布更均匀。结论:通过对误差的分析及修正,有效提高了倾角测量系统的精度。

惯性测量单元全自动简易标定台设计

针对传统惯性器件标定台价格昂贵且体积庞大的问题,该文提出了一种全自动简易标定平台.以传统“三轴嵌套”模式为基础,设计了标定台的机械结构;考虑惯性传感器中的误差因素,建立了相应的线性误差模型,通过拟合载体坐标系下的输出和IMU传感器的输出获取误差参数,得到IMU在载体坐标系下的输出;以MPU9250芯片为基础,根据六位置标定法,得出芯片中陀螺仪与加速度计的标定结果.将标定后的MPU9250与高精度的MTI-300进行了对比分析,并结合人体行走定位实验,检验了标定效果.结果表明:该文设计的简易标定台能够有效提高IMU的测量精度,与商用系统相比整个系统欧拉角测量误差均方根降低至3.5以下.

一种基于改进型自适应遗传算法的MEMS三轴加速度计标定方法

针对目前加速度计标定存在依赖于昂贵的转台设备或标定算法复杂、标定参数不完全的问题,研究了一种基于改进型自适应遗传算法的加速度计标定方法。首先,对加速计误差模型进行了分析,构建了基于模标定原理的目标函数;其次,利用优化搜索区间和采用改进型遗传算子的自适应遗传算法对目标函数进行寻优,以提高标定参数寻优的速度和精度;最后,24位置仿真实验表明:标定参数的相对误差对比经典牛顿法略小,实际MEMS加速度计标定实验结果表明:本文方法与经典牛顿法相比,模值RMSE降低了22.2%,模值误差波动范围0.46 mgn。

星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法

针对目前星敏感器安装误差标定过程中存在的标定模型复杂标定测试流程繁琐等问题,提出了一种星敏感器安装误差的三位置法地面标定方法。该方法根据坐标系的欧拉变换,构建了星敏感器安装误差的数学模型;根据误差模型,提出了基于三轴精密转台的安装误差三位置法地面标定策略。采用最小二乘法和三位置法进行仿真对比实验,结果表明,安装误差的三位置法标定结果比最小二乘法标定结果的稳定性提高了近10倍。三位置法还具有标定测试流程简单等优点,对提高星敏感器的使用精度具有重要参考价值。

基于空间三轴激光陀螺的恒速偏频寻北技术

激光陀螺特有的闭锁效应使得其在应用中必须采取偏频去锁的方法,速率偏频技术可以有效降低激光陀螺随机游走误差,提高测量精度。基于空间三轴激光陀螺自身特有的三轴正交斜置特性,采用恒速偏频方法,通过建立新的系统误差方程,引入刻度系数误差状态量,采用卡尔曼滤波方法实现了系统的高精度寻北。这种初始对准方法对准速度快,对准精度也有较大提高,5min寻北精度能达到90″(3σ)。

轴差对水平角半测回观测的影响

在水平角观测时,三轴误差决定角度观测精度,决定水平角的主要观测误差来源。通常测量水平角使用整测回观测消除误差。但是,在理论上一个水平角的测量半测回就可以测出,文章通过经典球面三角学推导方法,对半测回观测角度值进行理论修正,并与全测回观测理论修正的公式相比较,展现两者的差异,解释为何半测回观测角度值在理论修正的情况下仍然选择整测回观测的原因。

磁浮列车速度计算中三轴加速度计标定方法应用研究

针对在基于MEMS加速度计的磁浮列车速度计算方案中加速度计的误差导致车辆速度计算不准确问题,提出了一种新型的误差标定方法。首先,从安装误差和固有误差2个方面建立了加速度计的误差模型;其次,针对安装误差模型提出了基于自适应阻尼最小二乘的安装误差在线求解方法;最后,在某国产中低速磁浮列车上进行了现场试验。试验结果表明,文章提出的方法可以有效地对加速度计的误差进行标定,可以满足磁浮列车速度计算需求。

基于两步修正法的MEMS三轴陀螺仪标定方法

针对目前三轴陀螺仪标定存在依赖于昂贵的转台设备或标定参数不完全的问题,本文提出了一种了基于两步修正法的MEMS三轴陀螺仪标定方法。该方法首先使用六位置法对加速度计12参数模型、三轴陀螺仪比例因子、三轴陀螺仪静态零偏进行标定补偿,然后对三轴陀螺仪非正交误差模型建模,进行系统级标定。两步修正法可实现在无精密设备条件下快速准确的对各项误差进行辨识,获得良好的标定效果。仿真实验表明,本文算法所获得的非正交误差均值接近1%,标准差小于0.1%;比例因子误差均值小于0.14%,标准差小于0.004%,且具有很好的一致性。实际实验表明,65 s纯惯性导航姿态更新结果中,该标定方法的俯仰角误差精度可以达到0.624°,横滚角误差精度可以达到0.67°。

Method for eliminating mismatching error in monolithic triaxial ring resonators

Several results on optical-axis perturbation and elimination of the mismatching error C of a monolithic triaxial ring resonator （MTRR） are reported. Based on the augmented 5×5 ray matrix method, by simultaneously considering axial displacement of a mirror and the misalignments in three planar square ring resonators of a MTRR, the rules of optical-axis perturbation are obtained. The mismatching error C of the MTRR is eliminated. The results obtained are important for cavity design, as well as in the improvement and alignment of MTRR.