激光航海惯性组件温度场与热变形有限元模拟

激光捷联惯性组件是航海惯性导航系统的核心部件,惯性组件的温度变化直接影响系统的导航精度。本文利用ANSYS模拟了激光捷联惯性组件的温度场、热应力场和热变形。首先介绍了我们设计的激光捷联惯性组件的结构特征,建立了有限元模型,然后详细介绍了有限元分析中边界条件的处理及换热系数的计算方法,最后给出了激光捷联惯性组件的稳态温度场、瞬态温度场分布情况。实验测试结果与仿真分析结果吻合,计算误差小于2%。利用热-结构耦合法仿真分析了激光捷联惯性组件的热应力场和热变形情况。本文的研究结果可以为激光航海捷联惯性组件温度补偿中测温点的选取、捷联惯导系统变温过程中的标定、惯性组件的热设计以及进一步优化设计等提供参考依据。     

微惯性测量器件的标定方法研究

在捷联惯性航向姿态测量系统中,微惯性器件是核心部分,陀螺和加速度计的精度直接影响整个系统的精度.详细给出了惯性测量器件的标定方法,利用软件来补偿器件的误差,从而改善系统性能.     

摇摆基座下旋转捷联系统粗对准技术研究

阐述了利用惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)的转动调制惯性器件常值偏差的原理.针对载体处于摇摆基座下难以实现粗对准这一问题,在已有惯性系对准方法的基础上提出了改进的惯性系对准方案并应用于旋转捷联惯导系统中.利用数字低通滤波器滤除由于摇摆和振荡运动产生的加速度干扰,实现了旋转捷联系统的粗对准.对比地分析了2种惯性系下的粗对准原理并进行了仿真,利用系泊实验进一步验证了改进的惯性系对准方案的可行性.结果表明,载体处于摇摆状态时,采用低通滤波方法可以有效地提取基座惯性系下的重力加速度信息,并建立更为准确的捷联矩阵;与传统的惯性系对准方法相比较可以看出,采用滤波技术的惯性系对准结果具有更好的稳定性,存在广阔的应用前景.     

考虑安装基座影响的光电平台等价捷联惯性稳定控制

采用陀螺仪直接测量光电平台内部载荷的惯性角速度构建反馈,可以在运动载体上控制视轴惯性角速度,实现稳定成像。陀螺捷联惯性稳定控制能够构建前馈,有效提高系统带宽、减小控制误差,但对陀螺安装位置有要求。本文提出了在陀螺直接反馈的机械安装条件下等价捷联稳定的控制方法,并考虑平台基座约束条件建立了动力学模型。该模型显露了光电平台基座安装刚度引入的谐振问题。针对被控对象中的一对谐振和反谐振环节,基于稳定的零极点对消设计滤波器消除谐振。综合利用陀螺直接测量的框架惯性角速度和编码器测量的机械框架相对转角构建等价捷联惯性稳定回路。在等价捷联惯性稳定回路中,采用内回路干扰抑制结合基于逆模型前馈的复合控制方法,有效拓展控制带宽,提高对指令的跟踪精度和对载体姿态晃动的隔离性能。仿真和实验结果表明:该方法有效抑制了安装基座弹性约束力矩的谐振,且与陀螺直接反馈控制相比性能更优。对幅值为1(°)/s、频率为1 Hz的典型正弦角速度指令进行跟踪,均方根误差由1.75(°)/s减小到0.23(°)/s,在1 Hz处扰动隔离度由18%减小到2%。     

基于全加速度计惯性测量单元的微震颤测量技术研究

对基于全加速度计惯性测量单元的微震颤测量技术进行研究和分析,设计了测量系统的方案并研制了实验样机,惯性测量单元采用9加速度计的配置形式;推导了加速度计输出的比力方程,提出了将积分法和开方法结合起来求解角速度的算法;给出了利用四元数求解捷联矩阵的数值求解方法和在惯性坐标系下载体系上任意位置在任意时刻坐标的数值求解方法。     

一种新型微惯性测量组合捷联惯导系统的研究

在大动态环境下,测量载体的角速度的陀螺仪已经很难满足陀螺仪量程的要求。本文针对具有大角速度和大角加速度的短时飞行的动态载体,利用加速度计的输出公式和惯性器件的测量值,解算出载体质心的线加速度和角速度;根据微惯性测量组合捷联惯导系统原理设计了微惯性测量组合的安装方案并且论证了该组合方案的优越性;通过MATLAB软件对该方案经行了仿真,结果表明该方案有效提高了系统精度。     

IMU转动角速度对旋转SINS的精度影响分析

针对惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转角速度变化过程对旋转调制型捷联系统(strapdown inertial nav-igation system,SINS)定位精度的影响进行分析和研究。例举IMU旋转方式并分析旋转自补偿技术调制惯性器件偏差的基本原理;详细推导了IMU运动状态变化过程对调制型捷联系统导航精度的影响并分析了IMU正反转方案的误差特性,最后根据仿真分析确定旋转角速度的选取依据。在理论分析的基础上进行了仿真实验。结果表明,IMU的旋转运动可以有效地调制惯性器件部分偏差,但是旋转角速度的大小及角速度变化过程依然会对调制型捷联系统的定位精度产生影响。     

单片机数据采集浮点放大技术在陀螺信号转换中的应用

本文针对捷联惯性系统中陀螺工作的动态测量范围很宽，提出了浮点放大技术在陀螺信号采集转换中的应用，详述了其工作原理及硬件结构。     

实时捷联系统的实验设计

一、引言加速实时捷联系统的实验研究是研制捷联系统的关键之一。本文结合国内惯性技术的发展水平对捷联系统进行了初步实验,并对实验结果进行了讨论。二、简化实验系统的构成捷联系统的实验系统由以下几部分组成: 1.由计算机控制的三轴转台;     

一种新型的矿井井斜测量方法研究

井斜测量单元研究是基于捷联惯性导航原理,由三轴光纤陀螺和三轴加速度计构成惯性测量单元,通过数学平台实时地解算出载体的姿态角、位置和速度等参数.以煤矿勘测和开采为背景,采用捷联惯性导航系统替代传统的平台惯性导航系统,利用光纤陀螺和加速度计构成惯性敏感单元替代传统的磁通门和加速度计的结构,适用于具有磁场干扰的场合.初步完成井斜测量系统的静态测试,并对产生的测量误差进行了分析,姿态角可获得较高的测量精度,基本满足井斜测量的指标.利用Labview进行数据采集界面和姿态信息显示界面设计,具有良好的交互性和实时性的特点.     

基于卡尔曼滤波数据融合的并联机床动态定位方法

针对并联机床动平台上主轴动态定位问题,将惯性传感技术运用于并联机床动平台的位姿测量,提出一种基于卡尔曼滤波(Kalman filtering,KF)数据融合的并联机床动态定位新方法。该方法融合动态惯性测量数据和机床各腿(支架)的编码器信息,通过KF算法补偿动态测量误差和计算误差,从而实现并联机床动平台位姿(位置和方向)的精确定位。详细介绍KF算法中惯性系统模型和外部测量模型的建立过程,以及测量变量与状态变量间的关系矩阵的推导过程。最后,进行一个单方向运动动态测量的简化试验,对并联机床动平台的6自由度位姿测量进行仿真研究,初步证实了该位姿算法的有效性。     

基于四元数法的捷联式惯性导航系统姿态解算研究

为实现捷联式惯性导航系统的精确导航,载体的姿态解算算法是核心技术之一。首先分析了欧拉法、方向余弦法、四元数法求解姿态矩阵的优缺点,根据四元数法与方向余弦法两种解算方法分别进行计算,两种方法的计算结果之差与理论真值比较以得到解算的相对误差,从而验证了四元数法的正确性和有效性,最后提出提高采样频率和采用高阶计算算法能进一步减小姿态解算误差。数字化仿真与转台试验结果表明,根据本文所述算法进行载体姿态解算的误差很小,具有良好的实时性,为捷联式惯性导航技术的工程实践提供了依据。     

基于磁流体的新颖惯性引力传感器

利用磁流体及其复合物独特的电磁属性和机械流变的磁流体惯性引力新颖传感器具有低成本、高线性、高灵敏度的特征．特别在准静态和低频惯性引力变化场合中。具有高的线性度和灵敏度响应。具体以磁流体低频加速度计、角速度测量和磁流体复合物重力梯度传感器为例来说明磁流体及其复合物惯性引力传感器的工作原理。并简单介绍了它们的试验结构模型和试验结果．这种新型传感器具有重要的理论研究和应用推广价值。     

An initial alignment method for strapdown gyrocompass based on gravitational apparent motion in inertial frame

Inspired by the alignment mechanism of Octans, an initial alignment method for strapdown gyrocompass is designed based on gravitational apparent motion in inertial frame. In this method, the gyro outputs are used to trace the body frame and the measurement from accelerometers are projected to the inertial frame to form the track of gravitational apparent motion. According to the calculations on the vectors involved in this track, the attitude matrix between the inertial frame and navigation frame can be obtained and further alignment can be finished. In order to identify the true gravitational apparent motion from the accelerometer measurement containing random noise as well as to avoid the collinear of vectors in vector operation, a reconstruction algorithm concerning parameter identification and reconstruction of apparent motion is devised and simulated. Simulation and turntable test show that the proposed alignment method can realize self-alignment in a swinging condition. The alignment accuracy is able to reach the theoretical one determined by sensor errors and no external information is needed.     

基于卷积神经网络与扩展卡尔曼滤波的 单目视觉惯性里程计

针对单目相机采集室外图像易受环境光照影响、尺度存在不确定性的缺点,以及利用神经网络进行位姿估计不准确的问题,提出一种基于卷积神经网络(CNN)与扩展卡尔曼滤波(EKF)的单目视觉惯性里程计。采用神经网络取代传统里程计中基于几何约束的视觉前端,将单目相机输出的估计值作为测量更新,并通过神经网络优化EKF的误差协方差。利用EKF融合CNN输出的单目相机位姿和惯性测量单元(IMU)数据,优化CNN的位姿估计,补偿相机尺度信息与IMU累计误差,实现无人系统运动位姿的更新和估计。相比于使用单目图像的深度学习算法Depth-VO-Feat,所提算法融合单目图像和IMU数据进行位姿估计,KITTI数据集中09序列的平动、转动误差分别减少45.4%、47.8%,10序列的平动、转动误差分别减少68.1%、43.4%。实验结果表明所提算法能进行更准确的位姿估计,验证了算法的准确性和可行性。     

基于相机状态方程多模增广的改进MSCKF算法

针对基于多状态约束卡尔曼滤波(MSCKF)的视觉-惯性里程计算法中相机状态方程增广过程的误差累积问题,提出了一种相机状态方程多模增广方法。该方法首先对视觉特征跟踪状态的稳定性进行判断,然后自动地选择基于视觉图像信息优化求解相机相对位姿参数或基于惯性传感器(IMU)状态递推结果联合相机外参初始化新图像帧相机位姿参数两种途径增广相机的状态方程,解决特征跟踪状态稳定情况下IMU误差的累积问题。实验部分通过EuRo C数据和实际应用数据对算法的性能进行了验证分析,结果表明,改进后的MSCKF算法能够在特征跟踪稳定状态下有效避免IMU误差的累积,进一步融合视觉与惯性系统之间的互补优势,提高载体的定位定向精度和稳定性。     

基于积分滤波器的位移信息获取

利用积分滤波器对加速度信号进行二次积分,从而获得物体的运动位移信息;为提高系统的稳定性和抗噪性,在积分前分别采用减平均值法和小波变换对加速度信号进行去直流量及去噪处理;通过仿真信号验证算法的正确性,降低了实验成本;最后利用采用XW-IMU5250惯性测量单元实测一个物体的运动,得到了物体精确的运动轨迹。     

一种新的舰载惯导系统摇摆基座初始对准方法

针对舰载惯导系统在摇摆基座条件下高精度初始对准问题,提出一种简单且易于实现的快速初始对准方法。利用开路法构建数学稳定平台隔离载体摇摆运动,提高了高精度舰载惯导系统摇摆基座对准过程中量测数据的信噪比,缩短了对准时间并提高了误差参数的估计精度;建立了开路法数学平台偏角的误差模型,利用参数辨识法提取相关对准参数,从而估计出陀螺漂移和数学平台偏角并进行补偿。海上试验结果表明,该对准方法可在8 h内达到优于0.000 5°/h的对准精度,有效地解决了摇摆基座条件下舰载惯导系统的高精度初始对准问题。