基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计

为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。     

用于空间手势输入的无陀螺微惯性测量单元设计

针对三维空间手势输入的特点,提出了一种基于双路三轴MEMS加速度计的对称配置方案及角速度、线加速度解算方法。该方法使用两个三轴MEMS加速度计以及对称的硬件布局构成无陀螺微惯性测量单元,基于积分法计算测量单元的角速度和质心处线加速度,利用角速度解析式中的冗余信息对解算积累误差进行估计并实施误差补偿。该方案避免使用陀螺组件,两路加速度计在长轴方向上的对称编排方式保证了测量单元的小体积、狭长几何特征,便于手持;相应的角速度解算方法形式简单,适用于采样时长短、测量单元横滚角变化量小的三维空间手势特征提取和识别领域。仿真实验证明了该方案的可行性和有效性。     

MEMS传感器的惯性测量模块的设计与初始校准

设计了一种基于微机电系统(MEMS)传感器的惯性测量模块,它包括三轴加速度计、三轴陀螺和三轴磁阻传感器。这种惯性测量模块具有体积小、功耗低、成本低的优点,可以方便地用在微小机器人定位系统以及空中机器人控制系统中。详细分析了模块的误差来源,提出了模块中三轴加速度计的非正交误差模型。并运用基于Newton迭代的方法实现了一种自动初始校准算法。实验结果表明:这种自动初始校准算法可以有效地消除该模块的固定偏差、比例误差和非正交误差。     

一种小型惯性测量单元的精确标定技术

研究了一种基于MEMS陀螺和加速度计的惯性测量单元(IMU)的系统标定技术,建立了陀螺和加速度计的温度漂移和非线性误差模型,采用逐步线性回归法对以上模型进行了简化,并设计了补偿算法;实时补偿效果表明,在-40℃~60℃的温度变化范围内,惯性测量单元的零位偏值、偏值稳定性和非线性度都达到较高精度,这种误差标定方法可有效解决MEMS-IMU惯性器件误差的标定与补偿问题。     

MEMS随钻惯性测量单元设计与实现

针对基于磁通门随钻测量的局限性与惯性技术测量方案优势,结合随钻测量过程中强冲击、震动等环境特点,设计并实现了基于MEMS陀螺仪和加速度计的随钻惯性测量单元。对系统测试发现MEMS陀螺随机漂移误差较大,为此,采用改进时间序列分析法对巴特沃斯低通滤波后信号随机漂移进行建模。与传统时间序列方法建模相比,新方法降低了模型预测误差,滤除MEMS陀螺随机漂移误差更为明显,且在提高精度的同时保证了数据处理实时性。结果表明:系统能够实现近钻头安装,在钻进的同时完成相应参数的测量,达到设计要求。     

基于ARM与MEMS器件的微惯性测量装置设计

开发一种生物运动微惯性测量装置,以基于ARM7的LPC2129为核心处理单元,采用MEMS陀螺和MEMS加速度计为测量传感器.该装置实现了对SPC-III机器鱼尾鳍拍动参数的精确测量,为活体鱼尾鳍拍动参数测量实验打下了基础.     

基于MEMS的数据手套传感技术研究

目前数据手套大多采用机械式、光纤式或者图像识别等方法来获取手势姿态.基于MEMS传感器设计的数据手套利用MEMS传感器（三轴陀螺、三轴加速度计和三轴磁阻）,根据惯性测量原理,采用基于四元数解算的扩展卡尔曼滤波信息融合方法来获得手指全姿态信息,克服了传统方法的局限性.其穿戴方便、运动自由度大、抗干扰能力强,且不受光线条件的约束.测试和实验的结果表明,基于MEMS传感器的数据手套稳定可靠,具有一定的创新性和实际应用参考价值.     

基于MEMS传感器的惯导系统预处理和姿态解算

为解决MEMS惯性传感器的系统误差和环境干扰影响,捷联惯导系统(SINS)无法准确测量姿态的问题,设计了一种基于优化自适应无迹卡尔曼滤波(优化AUKF)的姿态解算方法。先对陀螺仪和加速度计的误差信号进行预处理,分别建立ARMA模型和一元高阶模型,使用经典Kalman滤波实现其过程,然后建立姿态角的微分方程,使用高精度的优化AUKF算法实现姿态角解算过程。跑车实验结果表明,该方法可以得到高精度的姿态角信息,抑制 MEMS陀螺漂移引起姿态角发散。     

基于ARM的低成本微型捷联航姿系统设计

采用三轴MEMS加速度计和角速率陀螺以及微型磁通门传感器,以ARM处理器为核心构建微型捷联航姿系统硬件平台,运用捷联惯性导航理论及状态扩增Kalman滤波算法,实现了载体航向、俯仰和倾斜角度的测量和误差控制。在三轴无磁转台进行了航姿角度测试,结果表明,该航姿系统具有较高的角度稳定性和准确度,同时体积小、成本低,具有很好的工程应用前景。     

基于MEMS传感器惯性测量单元设计与实现

随着微电子机械系统(MEMS)技术的发展,出现了大量高性价比MEMS传感器,被广泛应用于多个领域。然而惯性测量单元通常包括多个传感器,如三轴MEMS加速度、角速度和磁力传感器,这样要求有多个数据通道输出,给原型系统设计和开发带来不便。基于此,本文设计了一种惯性传感板,集成MEMS三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和三轴磁力传感器,通过单个UART串口可以读取9通道数据。经过试验验证,该惯性传感单元能够满足一般原型系统的快速设计和开发。     

多轴微加速度传感器的进展

微加速度传感器是微型惯性组合测量系统的核心器件。随着MEMS技术的不断发展,单轴微加速度传感器的技术已日趋成熟,多轴微加速度传感器的研究正成为MEMS领域的热点。基于多轴微加速度传感器典型实例的介绍,评述了近年来该领域的进展,并就其未来的发展作了展望。     

基于MEMS的动作跟踪器的研制

本文针对增强现实中的跟踪定位的需求,采用嵌入式系统设计思想,以新型的微机电惯性器件为核心,利用单片机来构建了一种结构紧凑、低功耗、低成本的通用型惯性测量硬件平台。实现模拟信号处理,并采用多传感器的数据融合算法。最后,通过实验分析,验证了惯性跟踪器的功能。     

基于MEMS的可穿戴无线体域网设计与实现

针对高精度低成本可穿戴式人体动作捕捉,采用MEMS微惯性传感单元(IMU)设计实现无线体域网系统.系统由六轴微惯性单元MPU-6050、三轴地磁仪AK8975、微处理器及射频模块CC2530构成.首先,详细讨论系统硬件构架和基于Z-Stack的软件构架,然后通过上位机Matlab用户程序进行数据采集与实验验证.实验结果表明,与其他微惯性传感器系统相比,本设计采用高集成度的芯片和无线通信方式,在减小硬件体积的同时能够获得较高精度的数据(角度传感器零漂＜1.5°),对实现可穿戴无线惯性测量有着积极的作用.     

微惯性测量单元设计及其误差补偿模型的研究

针对微惯性测量单元(MIMU)小体积、低功耗、低成本、高实时性的应用需求,设计了一种基于ARM和MEMS惯性器件的MIMU系统,并根据实验中得到的惯性器件的误差特性建立了一种惯性器件误差补偿模型,然后在硬件系统上进行了实验验证.利用该模型对惯性器件测量结果进行修正,可以有效抑制误差,提高MIMU的测量精度.整个系统能满足使用精度要求.     

无陀螺微惯性测量装置

首先简要介绍了惯性测量装置及微惯性测量装置的特点及分类,指出了采用无陀螺技术设计微惯性测量装置的优势。并介绍了国内外无陀螺测量技术发展状况,提出了一种新颖的结构设计,推导了导航方程的算法,利用了多传感器的冗余信息对算法进行优化,降低了求解微分方程的累积误差,提高了无陀螺微惯性测量组合的导航精度,最后进行了仿真计算,验证了该方案的可行性。     

基于MEMS和GPS的驾驶行为和车辆状态监测系统设计

为了适应智能车辆辅助驾驶系统对驾驶和车辆状态监测的要求,利用MEMS惯性传感器自主设计了微惯性测量单元,并结合GPS设计了一种驾驶行为和车辆状态监测系统,实现对驾驶员操纵动作的感知、汽车6自由度运动状态参数和汽车运行车速的实时监测。介绍了MEMS传感器的选型,设计,安装和布置。实车道路实验结果表明:系统对驾驶员踩踏刹车踏板、离合器踏板和变换档位的操纵动作的感知效果较好,侧向加速度和方向盘转角的理论识别曲线与实车实验曲线在趋势上比较吻合。该系统为开发驾驶人员操纵动作自动识别系统提供理论基础和技术支持,也可为提高汽车行驶性和安全性提供重要的理论依据和工程应用指导。     

基于椭球拟合的微惯性测量组合现场快速标定方法

在静态随意放置条件下,微惯性测量组合中三个轴向正交配置的惯性器件所敏感矢量和为固定矢量.依据上述客观事实,提出了一种微惯性测量组合现场快速标定方法.在建立并优化微惯性测量组合标定模型基础上,通过基于椭球约束的最小二乘法拟合得到全部待标定参数,从而实现微惯性测量组合现场高精度标定,最后合理编排了微惯性测量组合现场快速标定...     

基于MIMU和磁力计的姿态更新算法研究

针对传统人体姿态解算算法中存在MEMS陀螺误差发散快的问题,提出一种基于微惯性测量单元( MIMU)及磁力计信息融合的姿态解算算法。该算法利用互补滤波结合PI调节控制完成陀螺零偏校正,然后在加速度计和磁强计的辅助校正下,通过EKF( Expand Kalman Filter)滤波器更新四元数法实现陀螺姿态解算。本算法采用MPU9150传感器模块完成测试实验,实验中对比分析了单独扩展卡尔曼滤波算法与本算法的滤波效果。实验结果表明,本算法能够有效地抑制陀螺的发散,实现稳定地输出高精度姿态数据。     

MEMS微惯性测量组合标定技术研究

在介绍MEMS微惯性测量组合组成结构的基础上,根据MEMS陀螺和MEMS加速度计的输出模型,提出并推导了一种MEMS微惯性测量组合标定方法。利用该方法标定微陀螺的基本思路是:设置转台以速率方式运行,并且确定合适的旋转角速率间隔,使微惯性测量组合每个轴向的陀螺仪分别敏感不同的角速率,然后通过一系列计算,求解出待标定的零点偏置电压、刻度因子、交叉耦合系数及其对应的安装误差角。标定加速度计的方法类似,不同之处是设置转台以位置方式运行。理论分析和实验结果表明,利用本文所介绍的这种标定方法能够准确地将MEMS微惯性测量组合的输出电压值转化为对应的角速度和比力信息,为后续精确的姿态解算和导航计算奠定基础。