基于IMU旋转的捷联惯导系统自补偿方法

为了有效地抑制惯性器件常值偏差对惯导系统导航精度的影响,提出了基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的自动补偿方法.由于旋转的引入,IMU中陀螺仪和加速度计的常值偏差被调制成正弦信号,通过积分运算可以有效地消除常值偏差对惯导系统导航精度的影响.在分析单、双轴旋转补偿原理的基础上,提出一种改进的单轴旋转调制方法并对该方法进行了理论证明和实验分析.与以往的单轴旋转方式及未采用旋转方式时的导航误差进行了比较,结果表明该方案可以消除所有方向上惯性器件常值偏差的影响,有效地提高系统的定位精度.     

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。     

管道地理坐标内检测的里程校正算法

利用管道清管器(pipeline cleaner,PIG)搭载捷联惯导(strap down intertial navigation system,SINS)器件实现管道地理坐标的定期测量.SINS计算的结果发散是测量系统实用化的瓶颈,为此将PIG里程校正的卡尔曼(Kalman)滤波方法应用于管道地理坐标测量中.根据管道内检测环境的需要选择霍尔式里程轮和采用微机电系统(micro-electromechanical systems,MEMS)的惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU);针对MEMS器件精度较低的问题,利用分离滤波方法减小信号的零偏噪声,使惯性信号满足Kalman滤波的需要;建立了9维状态误差的数学模型,将里程轮的速度与SINS计算的速度之差作为观测量,通过Kalman滤波对管道定位的状态误差进行估计和补偿;搭建实验装置进行实验验证.结果表明,校正算法解决了计算结果发散的问题,检测160 m长度的管道精度达到3.8％,具有一定的实用性.     

球型惯性元件配合间隙差动共焦精密测量方法

配合间隙是决定球型惯性器件精度和可靠性的关键参数之一,针对球型惯性器球面元件表面有缺口且未完全抛光导致曲率半径难以精确测量,进而难以准确控制球碗、球冠配合间隙瓶颈问题,提出了一种球面惯性元件配合间隙激光差动共焦高精度方法。该方法利用抗散射的激光差动共焦曲率半径测量方法分别对球碗、球冠的曲率半径进行测量,然后利用差动共焦曲率半径测量系统测得的球碗和球冠的半径差来控制球型惯性器球面的配合间隙。理论分析与实验验证表明:该方法测量球冠和球碗配合间隙的相对扩展不确定度优于20×10~(-6),其为惯性器件球冠和球碗配合间隙的高精度测量与控制提供了一种全新的技术手段。     

一种高精度I／F变换器的研究

捷联惯导系统中的加速度计是重要的惯性测量器件,其输出通常为模拟信号电流,目前电流的测量精度提高受到限制。本文通过电流频率变换器将其变换为与周期成正比的脉冲信号从而更精确的测量并且更便捷的采集数据。本文介绍了一种采用电流电压变换模块,AD模数转换器和AVR单片机构成的高速、高精度的电流频率变换系统,从而将传统的I／F变换精度从10-3提高到10-5。     

一种高精度I/F变换器的研究

捷联惯导系统中的加速度计是重要的惯性测量器件,其输出通常为模拟信号电流,目前电流的测量精度提高受到限制。本文通过电流频率变换器将其变换为与周期成正比的脉冲信号从而更精确的测量并且更便捷的采集数据。本文介绍了一种采用电流电压变换模块,AD模数转换器和AVR单片机构成的高速、高精度的电流频率变换系统,从而将传统的I/F变换精度从10-3提高到10-5。     

捷联惯导系统的误差模型与仿真

为研究捷联惯导系统短时间导航精度,建立了导航误差数学模型,分析了惯性器件误差对系统导航精度的影响.应用捷联惯性导航原理,针对系统短时间导航的特点,简化了载体在导航坐标系的导航方程;由惯性器件安装误差与陀螺仪等效零漂经过方向余弦矩阵变换建立载体姿态误差方程;结合导航方程、姿态误差方程与惯性器件误差推导出载体速度误差与位置误差数学模型.在此基础上,建立了误差状态空间方程与误差模型框图.在Matlab/Simulink环境下建立了误差数学模型计算模块,用捷联惯导算法与误差模型共同解算地面150 s导航试验数据.结果表明:导航系X轴的相对系统误差＜20%,Y轴、Z轴的相对系统误差＜4%,验证了误差数学模型的正确性.此外,分析了加速度计精度的变化对短时间工作的捷联惯导系统导航误差产生的基本影响.     

大尺寸非回转体质量特性一体化测量系统的设计

针对目前质量特性测量设备无法满足某些型号产品测量需求的问题,设计了一套大尺寸非回转体质量特性一体化测量系统.该系统利用三点法、扭摆法和惯性椭球法分别测量产品的质量、质心、转动惯量和惯性积.采用自由旋转环和升降台机构使得待测件可以自由变换位姿,通过分析得到产品的最优测量位姿,并给出了结果修正算法以提高测量精度.样件测试结果表明,该系统只需对产品一次吊装就能测量其所有的质量特性参数,操作简单,并且能达到较高精度.     

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。     

基于 VG400 CD-100的微惯性测量组合标定

在对微惯性测量组合的发展和应用进行分析的基础上,从微惯性测量组合的结构及基本工作原理出发,针对微惯性测量组合系统进行了误差源分析和标定技术研究。以微惯性测量模块VG400 CD-100为研究对象,分析了微惯性测量的组合技术,建立误差模型方程,研究了微惯性测量组合系统的标定,给出了三维陀螺仪标定的比例系数和交叉耦合误差系数以及三维加速度计标定的比例系数和交叉耦合误差系数。然后利用MATLAB数据分析工具,采用最小二乘法回归理论,对标定实验数据进行分析和处理,最终完成对微惯性测量器件,即微陀螺仪和微加速度计各误差系数的标定。     

One new onboard calibration scheme for gimbaled IMU

In most cases, a gimbaled inertial measurement unit (IMU) can provide more accurate navigation information than a strap-down IMU when there is no navigation aiding of global positioning system (GPS) or other equipments. The gimbaled IMU is still used in self-contained precision navigation systems such as launch vehicles, missiles and vessels.     

基于微型惯性测量组合的大型工件三维位置测量方法

提出了利用微型惯性测量组合进行工件三维位置测量的方法,对这一方法的测量原理进行了详细阐述,对坐标转换、姿态矩阵求解、位置计算等均给出了详细的数学模型及算法。采用普通陀螺及加速度计进行了原理性试验,给出了相应的试验结果。另外,对这一方法进行了误差分析,指出了它不同于一般捷联式系统的特点,分别针对惯性传感器和系统整体给出了相应的误差修正算法,提出了提高测量精度的措施。实际证明,本方法具有实现方便、检测速度快及可实现连续测量等优点,对大型工件及复杂表面的快速测量具有明显得实际意义。     

Development of computer aided calibration module for CMMs and machine tools using a compensated step gauge

This paper shows a micro computer aided error calibration system for CMMs and machine tools, which is a fast and efficient error calibration system: A micro computer stores the error calibration data of a step gauge which were precalibrated with more precise equipments such as laser interferometer, then the step gauge is probed with the specific CMMs or machine tools. The probing data are compared with the stored precalibration data, in order to give the linear displacement accuracy of the machines. High degree of computer integration has been performed in the measurement path planning, measurement operation, and error evaluation. Thus a rigorous computer aided error calibration system has been implemented with full potential of practical application to most of commercial CMMs and machine tools of CNC type.     

一种用微型惯性测量组合进行三维位置测量的方法

研究了微型惯性测量组合的一种新的应用,即应用微型惯性测量组合进行三维位置的测量,详细介绍了应用微型惯性测量组合进行三维位置测量的方法,给出了陀螺角速度提取、转换矩阵求解、三维位置计算、姿态角求取等具体过程,在选取惯性级器件并尽量减小测量时间的情况下可以得到较为满意的结果,该方法在大型复杂工件的在线加工制造、测量标定等方面具有明显的应用前景。     

微惯性仪表技术研究现状与进展

微惯性仪表是一类新型惯性仪表,也是当前研究热点之一.回顾了微机电加速度计及微机电陀螺仪的发展,比较了振动式微陀螺、转子式微陀螺及介质类微陀螺的结构特点,介绍了微惯性仪表及由微惯性仪表组成的微惯性系统在民用领域和军事领域的应用,简要阐述了发展微惯性仪表当前需要解决的关键技术.     

基于阿基米德螺旋线的低g值微惯性开关

低g值惯性开关是一种对线加速度敏感并在施加的加速度作用下完成闭合的惯性装置。由于微小尺寸的限制,低g值(1-30 g)惯性开关只能设计为微质量块和低刚度支撑梁的结构。为了获得低刚度,设计了基于阿基米德螺旋线的平面螺旋梁结构。微开关由一个带触点的基座、一个惯性敏感单元以及框架和封盖组成。惯性敏感单元则由一个居中的质量块和支撑它的螺旋梁组成。在加速度作用下可动的质量块发生位移,与其下的触点接触,实现开关的闭合。惯性敏感单元采用有限元软件ANSYS进行分析,采用UV-LIGA工艺制作。进行了离心试验以获得低g值惯性开关的闭合门限。经3次测试,闭合门限值分别为21.22,21.39和21.20g,平均值为21.27g。测试结果表明,低g值惯性开关具有0.5g的闭合精度,多次测试重复性较好。     

基于原子体系的量子惯性传感器研究现状

惯性传感器的性能直接决定了惯性导航系统的精度。 基于原子体系的量子惯性传感器有望在更小体积和更低成本下 达到传统惯性传感器的性能,且理论上可以获得比现有技术更高的测量灵敏度和长期稳定性。 近些年随着量子精密测量领域 的快速发展,量子惯性传感器的实用化和工程化方面研究进展显著,未来通过替代传统加速度计和陀螺仪,有可能形成高度集 成、低功耗和低漂移的量子惯性导航系统。 文章简要介绍了基于原子体系的量子惯性传感器的基本原理,总结了以原子干涉陀 螺仪、原子自旋陀螺仪、原子干涉加速度计、原子干涉重力仪和重力梯度仪为主的量子惯性传感器研究现状,并对有待解决的关 键技术问题进行了梳理和分析,可为量子惯性传感器的发展提供参考。     

惯性测量系统的一种算法

阐述了惯性测量原理在轨道检测车中的应用，分析了常用捷联算法的优劣；介绍了四元数法的基本原理及其在捷联系统中的用法；给出了惯性测量系统的实用算法。     

高精度海洋观测浮标运动测量系统设计与试验

海洋浮标受海洋动力环境影响产生运动,会对平台及仪器的可靠性产生影响,甚至会导致测量误差,影响海洋观测浮标 工作安全性和数据质量,因而浮标运动姿态的精确测量研究具有重要价值和意义。 本文通过搭建微型惯性测量单元(MIMU) 与全球导航卫星系统(GNSS)结合的硬件系统,获取浮标运动姿态相关数据,并采用载波相位平滑滤波模型进行数据预处理,融 合最小二乘降相关算法(LAMBDA)解算浮标姿态数据,获取高精度动态浮标姿态。 经过摇摆台模拟比对实验,系统姿态角均方 根误差小于 0. 5°,水平速度均方根误差小于 0. 05 m/ s。 通过实际海试实验,尤其是台风过境期间系统的测试结果,证明该系统 工作稳定可靠,无数据发散现象,整体有效数据达到了 95% 以上。