组合导航系统新息自适应卡尔曼滤波算法

全球定位系统(GPS)量测噪声的不稳定变化将造成惯性导航系统(INS)/GPS舰用组合系统卡尔曼滤波器性能下降,在对自适应卡尔曼滤波器分析的基础上,提出了一种新的基于新息估计的自适应卡尔曼滤波算法.该算法通过计算新息方差强度的极大似然估计最优估计,将新息方差计算直接引入卡尔曼滤波器的增益计算.仿真结果表明,本文方法较标准卡尔曼滤波器可以提高系统精度和抗干扰能力.

基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统

针对国内外桥梁裂缝测量效率低、成本高、精度低等现状,提出了一种基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统。采用相机标定、图像匹配、三维坐标计算等双目立体视觉技术对桥梁裂缝的宽度和长度进行计算,实现了桥梁裂缝测量系统。实验通过与单目摄像机用图像处理方法计算的桥梁尺寸结果作对比,表明:对于同一条裂缝的宽度与长度,用所提方法在不同拍摄角度下计算结果差别不大,并且与真实值的相对误差分别保持在10%和1%以内,而同一条件下单目测量系统的计算结果则随着拍摄角度的变化相差很大,宽度测量误差最大达到了19.41%,长度测量误差最大达到了54.35%。说明基于双目立体视觉技术的桥梁裂缝测量系统可以应用于实际中,并且鲁棒性更强,测量结果更精确。

应用瞬心法的动平衡测量虚拟振动系统

根据瞬时运动中心的概念,提出一种全新的动平衡测量虚拟振动系统。深入分析该系统的结构特点和不平衡响应特点,阐明实际测量系统和虚拟测量系统之间的关系。说明该系统采用柔性铰链连接的一体化板簧机构具有固定的振动中心,高且稳定的平面分离度。同时将压电传感器安装在同一测量平面内,克服了温度、湿度和噪声等环境因素变化时,各个传感器性能变化对系统测量精度的影响,也降低了系统相位误差对于一次不平衡量降低率的影响。试验表明该振动系统可以实现高精度动平衡测量。

磁致伸缩位移传感器电路系统的设计

为了实现磁致伸缩位移传感器的低成本化,提出了一种基于MSP430单片机的电路方案,分析设计了脉冲功率放大、信号放大与整形、时间测量、传感器输出接口等电路模块。磁致伸缩效应的特性,以及高精度时间测量电子电路的实现,保证了传感器的测量精度。电路系统各部分信号的实验波形和测试数据表明,传感器具有较高的整体性能,为传感器的低成本产品化生产奠定了基础。

一种新型高精度动平衡测量系统

根据瞬时运动中心的概念,提出了一种新型高精度动平衡测量系统.分析了该振动系统的机械结构特点,阐明了实际测量系统与虚拟测量系统的关系,推导了求取不平衡质量的平面分离方程.该系统由两个四杆机构通过柔性铰链串连组成,保证振动中心位于两个支承处,提高了平面分离度;将压电传感器安装在同一平面内,减小了外界环境因素对传感器的影响;最后采用FFT高精度提取整周期采样到的不平衡振动信号的参数.实验结果表明了该新型动平衡测量系统的优越性.

感应式非接触角度传感器电磁耦合系统设计

感应式非接触角度传感器性能优良,日益得到广泛应用,其在植入式医疗器件状态监测领域的应用前景尤被看好。对作为感应式非接触角度传感器基础的电磁耦合系统进行设计研究。详细分析了感应式非接触角度传感器的基本测量原理,并基于该原理使用电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell 3D对其电磁耦合系统进行了仿真设计并制作了样机,实验结果证明了仿真研究和设计结果的合理性和可行性。

互感系数的影响因素及其对无线能量传输系统效率的影响

为解决体内无创检测装置的能量供给问题,设计出一无线能量传输系统,并根据系统的互感模型分析能量传输效率,得出了影响能量传输效率的主要因素是发射和接收线圈之间的互感系数。为实现系统的高效能量传输,应尽量提高互感系数。最后实验分析了两线圈的半径、位置和角度偏移对互感系数的影响,为提高无线能量传输效率提供了方法依据。

基于UKF的GPS/SINS伪距(伪距率)组合导航系统设计

采用位置、速度组合的GPS/SINS组合导航系统由于GPS各量测量之间的相关性,影响了组合导航的整体精度。为了提高组合导航的精度和可靠性,采用了直接利用GPS接收机原始测量信息伪距、伪距率的组合方式。UKF(Unscented Kalman Filter)是针对非线性模型的滤波方法,它避免了对非线性方程线性化的过程,具有较高的精度和较好的鲁棒性。将UKF滤波方法应用于伪距、伪距率的组合导航系统中,并将UKF与卡尔曼滤波和自适应滤波方法进行了仿真比较研究。实验结果表明,UKF位置、航向估计的精度都要优于卡尔曼滤波和自适应滤波,使整个导航系统具有更高的精度和可靠性。

结合激光准直的二维转角动态测量系统

为了克服现有二维转角动态测量方法结构复杂、成本昂贵的缺点,提出了结合激光准直的二维转角动态测量方法。首先,根据二维转角测量的关键问题提出基于激光准直的测量方法,采用准直激光作为测量基准,以远端的位置探测器作为检测器件。接着,设计测量系统和各组成模块,根据测量要求对系统中的关键模块进行设计和优化。然后,具体设计系统中的测量算法,完成测量模型建立。最后,在±2°范围内进行实验测试和分析。实验结果表明:系统可动态测量,稳定性好,测量重复性误差为1μrad,X轴非线性误差为1.8%,Y轴非线性误差为1.7%,动态带载响应频率在±0.01°内优于200Hz,基本满足二维转角测量的高精度、高重复性、高稳定性的要求。

基于FPGA的高速大容量数据采集系统设计

在利用超声波进行长距离输油管道无损检测过程中,检测系统需要对采集到的多通道高速、大容量数据进行实时存储。本文介绍了一种基于FPGA控制的超声信号实时采集系统设计,该系统能在脱离PC机CPU及总线方式下由FPGA直接控制IDE硬盘,实现对高速、大容量数据的实时存储,并在检测完成后可以通过上位机接口对硬盘进行离线访问分析。目前,在工程实践应用中,硬盘记录的平均速度可达到5 MB/s以上。

用于评估心室辅助装置的人体循环系统半实物仿真模型

将心室辅助装置的动态物理性能测试与成熟的人体心血管系统数学模型相结合,提出了一种便捷准确的心室辅助装置评估方法。该方法对自制气动直接心室辅助装置样机进行了测试,研究了该辅助装置与心血管系统的相互作用,并进行了血液动力学进行仿真分析。结果表明,该方法对于研究心血管系统受心室辅助的影响和优化心室辅助装置的结构设计以及控制算法都有很积极的意义。

压电传感器在动平衡测量系统中的设计与应用

传感器是动平衡测量系统中的重要元件之一,是一种将不平衡量产生的振动信号不失真地转变成电信号的装置。利用压电式力传感器作为动平衡测量系统中的敏感元件来测量不平衡质量引起的振动。重点阐述了该压电式力传感器的结构设计、安装位置设计及振动信号检测中的关键问题。同时,详细分析了该传感器的信号调理电路特点。现场实验结果表明,设计的压电式力传感器在动平衡测量中的性能良好。

静电陀螺支承系统的内模控制

针对静电陀螺支承系统超前-滞后PID控制器参数确定过程的复杂性,引入反馈控制器处理不稳定对象,处理后的对象采用一种改进的内模控制方法,推导了内模控制静电支承控制器的传递函数和系统闭环传递函数.结果表明,控制器可由新的稳定对象的逆、不稳定分量和一个低通滤波环节相乘得到,确定过程简单.给出了MATLAB环境下的仿真实验,仿真结果表明,采用内模控制的静电陀螺支承系统跟踪无静差,控制效果良好.

基于误差四元数与Kalman滤波的行人惯导系统设计

以行人惯导系统的姿态、速度、位移等导航误差作为研究对象,运用相关数学理论、惯性导航基本原理,综合行人运动的特点及信息融合方法,推导出导航误差之间的关联模型,建立Kalman滤波器实现误差的最优估计,通过误差校正减少累计误差,提高定位算法的精度。然后分析了比力模值与滑动方差的静止检测算法所存在的问题,设计以角速度模值、外部加速度模值为检测条件的静止检测算法,实现对步态周期静止区间的有效判断。最后设计平面定位实验和三维定位实验,验证导航算法的有效性。

低成本捷联惯导系统初始对准方法

为了缩短低成本捷联惯导系统初始对准时间并提高对准精度,给出了一种基于微型电子罗盘的初始对准方法。首先利用电子罗盘辅助加速度计完成粗对准,然后,分别设计了自适应扩展卡尔曼滤波器和平淡卡尔曼滤波器(UKF)用于精对准。实验结果显示,在系统量测噪声方差阵未知时,在滤波器中加入自适应方法能有效的提高对准精度;而采用非线性滤波的UKF算法,即使在粗对准之后方向失准角比较小的情况下,也可获得比线性滤波更优的对准精度和快速性。

基于面结构光的三维内轮廓测量系统数学建模

提出了一种非接触式快速获取三维内轮廓尺寸的检测方法——面结构光投影测量法,基于该法设计了一种光电探测装置,用于对内表面呈圆台体的钢管内尺寸进行测量;分析了该装置在测量时的光路结构原理,建立相应的数学模型,在CCD拍摄的图像中,根据此模型,成像光斑质心的二维坐标值可转换为对应的空间三维坐标值,从而计算钢管不同截面内轮廓尺寸以及母线长度,进而获得完整的三维内轮廓形状信息;根据实验结果表明,该测量模型是正确且可行的。

静电陀螺静态漂移误差模型系数的UKF标定方法

针对静电陀螺漂移误差特性,采用一种新的非线性建模方法UKF(Unscented Kalman Filter)对ESG漂移系数进行了标定.该方法基于UT(Unscented Transformation)原理,在保持陀螺漂移模型非线性基础上,使高斯随机变量在非线性方程中传播,实现非线性模型参数的估计.试验结果表明,与最小二乘法和扩展Kalman滤波比较,这种非线性建模方法能够对ESG漂移误差模型进行准确的标定.

消化道无创诊疗微系统的无线供能技术的研究

报道了一种消化道微创诊疗微系统的无线体外供能装置,它主要由利用锁相环的自动频率跟踪电路和采用移相的调功电路构成。实验表明,该供能装置能自动频率跟踪和调节输出功率,使接收能量稳定。

基于纳米技术的胃癌预警与早期诊疗系统

综述基于纳米技术的胃癌预警与早期诊疗系统这一概念及其指导下的系列研究与成果转化:筛选胃癌预警、早期诊断与分期的系列标志物,并建立相应的检测方法;研制胃癌诊疗一体化的多功能纳米探针,并在动物模型上验证实现相应功能;研发纳米粒子标记的层析芯片与定量检测仪器,以及胃癌边界示踪与转移淋巴结示踪的纳米探针.这些研究成果推动胃癌预警与诊疗系统不断完善,并促进其临床转化与应用.

飞机数据采集系统无线发射模块的设计

随着人类社会的发展与进步,无线通信在测量技术中的应用也越来越频繁。本文设计了一种新的应用于数据采集系统中的无线发射模块,该模块能够使得数据采集系统完成数据收集并与飞机分离后能够被准确快速确定其方位。该数据采集系统由核心控制模块、数据采集模块、数据存储模块和无线发射模块四个主要模块组成。并着重介绍了该无线发射模块的6个主要组成部分的具体实现方法及芯片性能。最后通过相应的测试数据验证了系统的可行性,并提出了需要改进与提高的方面。