基于 MIMU/ 磁传感器 / 双天线 RTK 的姿态测量方法研究

现今，惯性传感器加双天线RTK的组合测姿方法被广泛的应用于车载测姿领域，该方法集中了惯性传感器的快速更新速率特点和双天线RTK的高精确度的优点。针对当遇到高楼或者树林阻挡时卫星信号会丢失，导致双天线RTK(real time kinematic)无法提供可用的航向角，而惯性传感器又无法长时间保持航向角精度问题。本文尝试采用了一种基于微惯性测量单元(miniature inertial measurement unit, MIMU)与磁传感器与双天线RTK的信息融合方法。开展了实际跑车实验分析。得出了在卫星信号丢失的条件下本方法通过引入磁传感器提供航向信息，能够保证高精度车辆姿态数据的稳定输出。     

基于TMS320F2812的运动控制系统应用

无论是机载还是星载合成孔径雷达在成像过程中要求天线波束稳定而精确地指向测绘带,但是在运动过程中,其飞行姿态和航向受大气扰动的影响而产生变化,表现为偏流角、横滚角和俯仰角的随机变化,不能满足雷达天线稳定要求.因此,必须对角运动造成的误差进行补偿,才能获得较高分辨率的图像.本文以DSP芯片TMS320F2812为核心设计数字化运动控制系统,使控制平台相对于飞机姿态变化作反方向的运动,从而使雷达天线指向测绘带区域,可以获得较高分辨率的图像.通过实验分析,此设计能够满足系统要求,控制性能好.     

基于MEMS的海洋漂流浮标运动姿态测量系统设计

针对海洋漂流浮标运行时运动轨迹姿态多变影响传感器观测要素可靠性的特点，设计了基于三轴MEMS陀螺仪、加速度计、磁阻传感器的漂流浮标姿态测量系统。介绍了系统硬件组成结构及软件算法流程，采用四元数方法和PI调节算法进行姿态解算以及数据融合，并采用椭球拟合和阀值滤波方法修正补偿系统误差。实验测试表明，系统姿态测量效果良好，静态误差小、动态抗干扰性能较好，满足海洋漂流浮标姿态测量基本需求。     

基于自适应CKF的姿态数据融合算法

为了提高基于MEMS惯性传感器的捷联惯性导航系统姿态解算的精度,提出了一种自适应容积卡尔曼滤波（CKF）数据融合算法。该数据融合算法将姿态四元数作为系统状态,将加速度计信息和磁力计信息作为系统观测量,对系统过程噪声矩阵和观测噪声矩阵进行实时的自适应估计,解决了因系统噪声突变引起的姿态解算精度急剧下降的问题。实验结果表明,采用自适应CKF数据融合算法比单纯基于陀螺仪的捷联姿态解算精度有明显的提高,在载体动态时测得的横滚角和俯仰角误差在1°以内,航向角误差在2°以内。     

一种飞机姿态融合算法研究

飞机的姿态角信息是飞机救援过程中重要的参数信息，而由于磁干扰的存在则会影响姿态解算的精度。本文在姿态角解算问题中提出一种基于扩展卡尔曼和线性卡尔曼相结合的改进方法，扩展卡尔曼滤波对俯仰角和横滚角进行更新，而线性卡尔曼则对航向角进行单独计算，并且在最优估计时加入调节系数，通过判断测量磁场和重力矢量夹角来调节航向角最优估计值，以降低外界磁干扰对航向角的影响。实验结果表明，与传统的扩展卡尔曼解算姿态角相比，改进之后的算法更加接近真实的飞机姿态信息，并且对于外界磁场变化有更强的抗干扰能力。     

基于IMU的机械臂末端执行器姿态优化

为了补偿机器人关节扭转不足和末端执行器连接等造成的末端执行器姿态误差，提出一种基于惯性测量单元在线获取末端姿态的方法。首先将整个机械臂系统的运动过程分为静态和动态过程。静态时，由于外部加速度噪声较小，提出使用加速度计根据当地重力估计末端执行器姿态角的方法。动态时，针对系统外部加速度噪声和陀螺仪零漂、比例因子误差等影响测量精度的问题，提出一种基于噪声统计方法的自适应扩展卡尔曼滤波算法。根据加速度计的测量值，更新观测噪声方差阵的权重，从而调节卡尔曼增益，降低加速度噪声对测量精度的影响。实验结果表明：静态时，通过静态算法估算的姿态角误差平均值为0.07°、0.05°、0.2°;动态时，本文算法可以很好补偿外部加速度的对姿态的影响，能有效提高姿态测量精度，相比于EKF算法，姿态角平均误差分别降低了2.69°、1.01°、0.5°。     

精度鉴定试验中GPS测姿方法及测姿精度分析

为了分析GPS双天线的实测精度,以精度鉴定试验GPS双天线测姿为研究对象,依据测姿原理,通过坐标转换简化了姿态解算方法和误差分析算法。经高动态实测数据对GPS双天线测姿系统测量的俯仰角、航向角进行了精度分析,测试结果表明:其测姿精度优于0.2°,显著优于电子罗盘测姿系统2°的精度,很好的解决了电子罗盘测姿时标校难、精度低且易受干扰的问题,可用于高动态、高精度、直航路、匀航速、高采样率的GPS精度鉴定系统试验机载姿态测量任务。     

面向双相机标靶的倾斜仪安装误差补偿方法

针对双轴倾斜仪在和其他位姿测量传感器组合应用时,由于自身坐标轴真实指向无法通过机械外壳准确映射,造成其 难以实现安装位置误差精确标定,进而导致引入测量误差的问题。 以面向直线顶管掘进机导向的双相机标靶为研究对象,利用 三点位姿转换算法求取姿态角理论值,再结合双轴倾斜仪角度测量值建立误差补偿矩阵,对姿态参数进行校正。 通过仿真分析 和实测实验,提出的方法可以实现双轴倾斜仪测量角度信息的精确补偿,姿态角绝对测量精度优于 0. 02°,满足直线顶管导向 行业精度要求,并可以在其他基于双轴倾斜仪的组合测量系统中广泛推广应用。     

高斯过程改进的鲁棒容积卡尔曼滤波及其组合导航应用

基于GNSS/INS的导航状态估计受状态可观测度影响较大,为提高陆地载体航向角的估计精度,提出了一种改进鲁棒容积卡尔曼滤波(RCKF)方法.首先采用免重采样采样点更新框架实现容积点更新与高斯矩信息的解耦,提高采样点实例化信息在迭代滤波中的传播效率.其次基于状态可观测度分析,将高斯过程(GP)引人到系统模型矩估计积分不确定性的标定中,改善移动载体直线行驶条件下航向的估计精度.仿真实验表明,所提GP-RCKF算法能在状态可观测度较弱时显著改善航向角估计精度,航向角误差较RCKF改善28.9％.     

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。     

基于UKF多步和BP修正的船舶升沉运动测量方法

为提高海上风机安装时的稳定性和精准性,需要对浮式起重船进行升沉运动补偿。但由于惯性系统测量的船舶升沉运动信息存在随机漂移和相位超前问题,严重影响升沉补偿系统的实时性和精确性,故本文提出基于UKF多步和BP修正的船舶升沉运动测量方法。基于Stewart波浪运动实验平台模拟船舶升沉运动,采用加速度惯性测量系统采集升沉位移和加速度信息,建立运动的状态空间模型;由此模型建立UKF观测器,并用状态转移矩阵根据动态检测的升沉运动超前相位进行多步观测,消除升沉运动的随机漂移和相位超前;进而结合UKF多步观测值和观测残差训练BP预测模型,通过预测的残差来实时修正多步观测器的观测值,提高测量精度。Stewart平台试验表明,本文测量方法解决了实时检测中船舶升沉运动的漂移和相位超前问题,测量精度可达90%。     

一种高分辨率机载SAR实时运动补偿系统设计

SAR系统要实现连续地实时成像,必须具备1套稳定可靠的实时运动补偿系统。本文设计了1种基于GPS和惯性测量器件组成的SAR实时运动补偿系统,该系统能够稳定地实时地输出载体的运动信息,不受目标场景约束,并且运算量适中,适合在飞机载体有限的体积、功耗约束下实现高实时性的运动补偿系统。实际的SAR载机飞行试验证明本文设计的实时运动补偿系统能够支撑SAR系统完成长时间连续的实时成像。     

2MW电磁耦合风电机组实验平台测量控制系统

2 MW电磁耦合风电机组是为提高低电压穿越能力而研制的,为方便对其实验平台进行数据采集和操作,编制测量与控制系统。主要阐述测控系统的软件开发流程,包括需求分析、系统设计、功能设计、系统模块介绍、系统测试与改进等方面。应用结果表明,该测控系统能满足风电机组实验需求,实现变风速并网发电并获取了相应的实验数据;软件系统是结构化和模块化的,具备一定扩展性和维护性。     

基于双核CPU的永磁电机转子角度检测研究

永磁电机转子角度对其控制具有重要影响,目前永磁牵引电机广泛采用旋转变压器进行转子角度和速度信息的检测。基于TMS320F28377D双核CPU结合AD2S1210解码芯片构成转子位置检测系统,并采用角度分段补偿对其误差进行校正,从而为永磁电机控制算法提供了准确的转子角度信息。通过半实物仿真平台对不同转子频率下解码芯片输出的转子角度信息进行了验证。该检测方法具有精度高、抗干扰能力强的特点,满足牵引系统高可靠性和稳定性的要求,具有一定的工程意义。仿真和试验结果表明了该方法的可行性和有效性。     

基于二次相关的双阵元接收阵列超声波风矢量测量

针对在低信噪比条件下超声波风速风向测量精度低的问题,提出一种基于二次相关法的双阵元接收阵列超声波风速风 向测量方法。 首先采用由一个超声波发射传感器和两个接收传感器组成的阵列结构,其次在该系统结构基础上给出一种基于 二次相关的超声波传播时间测量方法,利用二次相关算法对噪声抑制更强的性能可有效提高风速风向测量的精度。 最后通过 模拟仿真实验对所提测风方法进行有效性验证,并通过双阵元测风系统进行了实测数据验证。 实验结果表明,基于二次相关算 法的双阵元接收阵列超声波传感器风速风向测量方法具有较强的噪声抑制能力,在实测环境下风速风向最大测量误差分别为 0. 24 m/ s 和 2. 4°,基本达到了超声波测风仪的设计要求。     

基于PC测量仪器的风电机组电能质量测试系统

风电机组的电能质量测试不同于传统负荷的电能质量测试,需要排除电网特性和其他负荷的影响,并考虑不同风速对测试结果的影响,目前常规的电能质量测试仪器无法完成测试。风电机组电能质量测试系统选择高性能的PC测量仪器作为硬件采集平台,通过搭建虚拟电网排除电网结构及其他负荷产生的影响,采用适合风电机组的数字化闪变仪算法实现了风电机组的电能质量测试。测试系统通过对典型风电机组实际测试,证明测试系统完全能够满足风电机组电能质量测试标准IEC61400-21的要求。