一种基于OpenGL光纤陀螺测斜仪的井眼轨迹三维可视化方法

陀螺测斜系统在石油钻井行业中有重要作用,测斜资料的直观显示有助于工程人员在钻井过程中及时准确掌握井下钻具的各种姿态和地质参数,便于钻井工程师调整相关参数,使得井眼能准确穿过目标地层.利用井斜,方位和井深等参数,实时计算出井轴上每一点的井眼轨迹三维空间坐标,实时显示并绘制井眼轨迹三维图.在MFC(microsoft foundation classes)架构下,利用VC++编程语言和OpenGL三维图形处理技术编写系统软件,实现了良好的人机交互功能.     

小波变换法在姿态解算中的应用

在惯性导航系统中,为提高陀螺仪的姿态测量精度,抑制低频噪声的影响,提出采用小波变换法融合陀螺仪、加速度计数据解算姿态角。首先将陀螺仪采集的数据进行2层小波分解,剔除低频分量和不稳定的信号,并和高频分量重构,得到滤波后的陀螺仪数据。然后利用加速度计采集的数据解算姿态角,用来不断迭代初始四元数,由初始四元数求出重力向量,再由重力向量叉积求出误差,并作PID控制来修正陀螺仪的角度。最后把修正和滤波后的陀螺仪数据用龙格库塔法计算新的四元数,用该四元数进行负增益调节,最终解算出精确的姿态角。仿真结果表明,解算姿态角的精度提高了80%,可以有效地抑制低频噪声,更加精确地计算姿态角,从而进一步提高导航系统的定位精度。     

小波变换法在姿态解算中的应用

在惯性导航系统中,为提高陀螺仪的姿态测量精度,抑制低频噪声的影响,提出采用小波变换法融合陀螺仪、加速度计数据解算姿态角。首先将陀螺仪采集的数据进行2层小波分解,剔除低频分量和不稳定的信号,并和高频分量重构,得到滤波后的陀螺仪数据。然后利用加速度计采集的数据解算姿态角,用来不断迭代初始四元数,由初始四元数求出重力向量,再由重力向量叉积求出误差,并作PID控制来修正陀螺仪的角度。最后把修正和滤波后的陀螺仪数据用龙格库塔法计算新的四元数,用该四元数进行负增益调节,最终解算出精确的姿态角。仿真结果表明,解算姿态角的精度提高了80%,可以有效地抑制低频噪声,更加精确地计算姿态角,从而进一步提高导航系统的定位精度。     

EWT 算法在姿态解算中的应用

针对陀螺仪存在低频噪声和漂移误差导致姿态测量精度下降的问题,提出采用经验小波变换( empirical wavelet transform,EWT)算法融合陀螺仪、加速度计解算姿态角。 首先运用 EWT 算法对陀螺仪采集的数据进行频谱分割,得到信号的 模态分量;其次采用小波自适应软阈值去噪的方法对信号进行降噪处理并重构信号,得到处理后的陀螺仪数据;然后根据 PID 互补滤波方法,利用加速度计的数据实现对陀螺仪数据的修正;最后利用校正后的陀螺仪数据,结合龙格库塔法解算四元数,从 而通过四元数获得精确的姿态角。 实验结果表明,EWT 算法融合陀螺仪和加速度计,能够将姿态解算精度提高 50%,且降噪效 果良好,满足姿态解算准确性的要求。     

基于Mahony-EKF的无人机姿态解算算法

针对微惯性测量单元精度低和传统姿态解算方法误差较大,提出一种Mahony和扩展卡尔曼滤波(EKF)融合的姿态解算算法。首先通过Mahony滤波器融合陀螺仪、加速度计和磁力计数据,解算得到初步姿态四元数。再以Mahony滤波器的姿态四元数作为EKF的量测值,根据非重力加速度的大小,自适应正相关调节量测噪声协方差矩阵;根据陀螺仪测量的角速度信息建立EKF状态方程。最终经过EKF滤波后,获取无人机姿态的估计。经过仿真实验验证,融合算法解算静态姿态角误差小于0.1°,解算动态姿态角误差小于1°,均优于互补滤波算法和改进EKF算法。融合算法能有效抑制陀螺仪漂移误差,滤除加速度计测量值混有的高频噪声和抑制非重力加速度的干扰,提高姿态解算精度。     

基于 Copula 函数的光纤陀螺贮存可靠性评估

针对光纤陀螺可靠性评估中需考虑多性能退化量间相关性的问题,提出一种基于 Copula 函数的光纤陀螺贮存可靠性 评估方法。 首先,采用加速应力退化试验的方式获取光纤陀螺的性能退化数据,并利用 Wiener 过程对各性能退化数据进行建 模,得到它们的退化模型和寿命分布;然后,利用 Copula 函数融合各性能参数的寿命数据,得到可靠性指标;最后,结合光纤陀 螺性能退化数据对该方法进行了验证,贮存条件为 55 ℃ ,考虑各参数间相关性时,光纤陀螺贮存寿命为 38 795 h,而假定性能 参数相互独立时,光纤陀螺贮存寿命为 17 485 h。 结果表明,考虑性能参数相关性时得到的可靠性指标更加合理,同时该方法 有效解决了产品多参数可靠性评估困难的问题,具有较好的实用性和推广性。     

高精度去偏光纤陀螺的研制

本文介绍了零漂为０．１°／ｈｒ的去偏光纤陀螺的工作原理、组成结构及解决的技术关键，并给出了实际的测试结果。     

光纤陀螺寻北仪数据采集单元的设计与实现

针对捷联惯性光纤陀螺寻北仪中惯性器件动态测量范围宽及系统对实时性、可靠性和精度要求高的特点,设计了基于FPGA的高速、多通道、可扩展数据采集单元,实现多传感器数据实时采集。同时,由于用FPGA集成了寻北仪系统主要的I/O操作,从而使系统CPU能更专注于方位角解算算法,保证了寻北的快速性,并为执行更复杂的算法提供了有利条件。本文给出了系统软硬件设计方案,实验及实际应用表明,该数据采集单元工作稳定,实时性好,达到了设计指标。     

小型无人飞行器机动过程中航姿互补滤波算法研究

磁惯导系统(MINS)广泛应用于小型无人飞行器的导航控制,能对加速度计、磁强计和陀螺仪等传感器的数据进行融合,得到航向与姿态信息,也被称为航姿参考系统(AHRS)。在频域实现数据融合的互补滤波算法是AHRS中的一种可靠姿态估计方法,具有简捷高效的优点。将基于不同传递函数及各种航姿表示形式的姿态互补滤波归纳为统一的广义互补滤波算法(GCF),分析该类算法中的乘性姿态误差,并引入运动加速度补偿方法,可以改善载体机动状态下的姿态精度。数值仿真及实验结果显示,GCF的滤波效果与无人机常用的卡尔曼滤波算法相当,而处理时间仅为后者的1/20,且GCF具有良好的数值稳定性,配合运动加速度补偿算法可有效消除线加速度对航姿测量的不利影响,尤其适合低成本、小型无人机应用场合。     

改进SHAKF算法消除IMU随机误差的研究

针对Sage-Husa自适应卡尔曼滤波(SHAKF)算法在处理惯性测量单元(IMU)时,随机误差容易随着时间的累积而造成滤波发散的问题,提出一种改进的Sage-Husa自适应鲁棒卡尔曼滤波(MSHARKF)算法.首先对IMU构建了合适的模型,再将SHAKF与自适应鲁棒卡尔曼滤波(ARKF)相结合并纳入改进的时变噪声估计...     

基于双AWG的新型FBG连续解调方法研究

为了实现基于阵列波导光栅(arrayed waveguide grating, AWG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin, FBG)的连续解调, 提出了一种使用两个 AWG 联合解调的方法。 在一个 AWG 相邻两通道光谱中间插入另一个 AWG 对应通道的光谱,组成最小 的光谱周期;每次测量均从三通道中选择光强度最强的两个通道,利用相对光强解调算法,根据其波长—功率关系对 FBG 中心 波长进行精确测量。 使用两个 100 GHz 的 AWG 搭建了实验平台,并对温度传感器的解调进行研究。 实验表明,在 0. 8 nm 的系 统最小动态范围周期内,实现了对 FBG 的连续精确解调,系统的解调线性度达 0. 999 1,波长精度达±4 pm。 对数据和实验结果 进行数学分析,可以将 C 波段范围分成多个波长周期,系统可以实现在 C 波段 40 nm 全周期范围内对单个 FBG 的连续解调。 该方法不但可以实现在 C 波段范围内基于 AWG 对 FBG 的连续解调,使得运用 FBG 可以连续感测外界物理量变化,提高了系 统的实用性。 而且,该方法能够准确解调出波长信息,为实现对 FBG 的连续精确解调提供了借鉴信息,有利于进一步扩大 FBG 的应用领域。     

基于改进粒子群算法的PMU装置数量增加过程中的最优配置方法

针对现有电力系统相量测量装置(PMU)在系统中的最优配置问题,进一步考虑了系统发展过程中PMU数量增加的最优配置问题。以电力系统线性量测模型为基础,通过拓扑分析方法,以全系统可观为约束,以系统最大冗余度为目标,并使用改进的粒子群算法进行计算,实现PMU数量增加过程中的最优配置。通过算例证明了算法的有效可靠。