单轴旋转式捷联惯导方位对准研究

为消除东向陀螺常值漂移对捷联惯导方位对准精度的影响,在罗经法对准频率特性分析的基础上提出了一种适于旋转调制捷联惯导系统的罗经对准方法.该方法利用旋转过程中陀螺漂移和加速度计零偏被调制为周期变量的特点,针对旋转频率来改变罗经法对准系统的参数,使系统能够对调制后的陀螺漂移和加速度计零偏产生抑制作用,以此消除静基座对准中由东向陀螺常值漂移所引起的方位误差角.仿真实验结果表明,相比静基座对准,在单轴旋转中采用此种罗经法对准可以消除方位角的常值误差,方位对准的精度可提高至10倍以上.     

一种单轴旋转捷联惯导的三位置对准方法

针对单轴旋转式捷联惯性导航系统,提出了一种基于惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)旋转的三位置初始对准方法.在系统可观测性分析的基础上,建立IMU姿态与失准角之间的关系,提出了使失准角估计偏差为零的三位置对准方法.与以往固定位置对准和两位置对准进行了比较,表明该方法可以消除不可观测的水平加速度计零偏和东向陀螺常值漂移对初始对准精度的影响,大大提高了系统初始对准精度.     

一种在线实时消除SINS陀螺常值漂移的方法

针对捷联惯性导航系统(SINS)中陀螺常值漂移存在逐次启动误差以及逐日漂移变化的问题.提出一种捷联状态下在线实时消除陀螺常值漂移的方法,通过附加一个监控陀螺,实现对SINS中导航陀螺常值漂移的在线测量与补偿.文中给出了该方法的理论推导,并进行了误差分析.半物理仿真结果表明,该方法能够自主地在线测量SINS中导航陀螺逐次启动后的常值漂移量及其缓慢变化,并能够获得误差小于0.02 °/h的陀螺常值漂移,可据此进行陀螺常值漂移的在线实时补偿,有效克服陀螺性能变化对SINS系统精度的影响,提高了SINS的精度.     

一种改进的在线测量SINS陀螺常值漂移的方法

捷联惯性导航系统(SINS)中随时间变化的陀螺常值漂移是导致SINS导航误差的主要因素之一.在现有全监控方法的基础上,提出一种改进的在线测量SINS陀螺常值漂移的方法.利用短时间内监控陀螺常值漂移变化缓慢的特点,改进监控陀螺的旋转方案,在减少监控陀螺旋转次数提高效率的同时保证陀螺常值漂移的测量精度.详细介绍了其原理并进行了理论推导和误差分析,最后通过陀螺全监控和惯性导航半物理仿真实验验证了其有效性.仿真结果表明,该方法有效降低了实施的复杂性,同时使监控补偿后的陀螺漂移减小了一个数量级(均方根),惯性导航平面位置精度提高了近5倍.     

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.     

光纤惯导温度效应误差的高精度综合辨识与补偿

为了提高光纤惯导系统在温变环境中的使用精度,研究了惯性仪表温度效应误差的高精度综合辨识与补偿。首先利用全温范围下系统级标定技术建立了高精度标定参数基准并获得了陀螺和加速度计标度因数与加速度计零偏的温度系数。之后借助工作温度下仪表坐标系与基准温度下本体坐标系间的方向转换,确定了仪表安装误差与本体坐标系随温度的变化关系并修正了温度引起的坐标系间指向误差。在此基础上,给出了陀螺零偏温度漂移的分离与补偿方法。常温静态与变温动态导航试验结果表明,前者定位误差由2 093降至442 m,后者5 h位置精度则提高了接近5倍,显著增强了惯导系统的温度适应性。     

航空遥感运动补偿用POS高阶误差模型的建立与分析

位置姿态系统(position and orientation system,POS)作为航空遥感中运动补偿的通用载荷,其精度直接影响成像质量.为提高POS的定位定姿精度,在15维传统误差模型的基础上考虑了陀螺和加速度计的刻度因子误差和安装误差的标定残差对POS精度的影响,并使用随机常值、一阶马尔科夫过程表示陀螺随机漂移和加速度计随机偏置,建立了一个39维的高阶误差模型.为了评价该模型的准确性和实用性,将其与其他的误差模型比较,进行了POS与相机的联合飞行实验.实验结果表明,基于39维高阶误差模型的POS精度较其他的误差模型有明显提高.     

微小型航姿测量系统设计及误差补偿

航姿测量系统在通用航空、无人机、智能机器人等领域有着广泛的应用。设计了一种基于MEMS(micro electronic mechanical system)陀螺、加速度计、磁场计的微小型航姿测量系统,利用磁场强度和加速度计信息作为观测量,提出了基于Kalman滤波器及专家系统的航姿估计算法,该算法可根据加速度及磁场信息调整滤波器的量测噪声矩阵,使系统同时满足静态及动态的使用要求。分析了影响航姿精度的主要误差及相应的误差补偿方法,包括器件零偏、刻度系数误差、温度漂移及磁场干扰等。将系统输出与高精度惯导系统对比,该系统在静态下的姿态测量精度优于0.2°,动态条件下优于0.6°,满足设计要求。     

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.     

无陀螺微惯性测量单元的卡尔曼滤波方法研究

无陀螺惯性测量技术是利用加速度计代替传统的陀螺,构成无陀螺微惯性测量单元(NGMIMU)实现制导的.由于加速度计随机漂移误差的存在,在利用NGMIMU进行导航计算时,不可避免地产生了随时间增长的累积误差,且累积速度很快.本文基于NGMIMU九加速度计配置方案,利用卡尔曼滤波器抑制误差的累积,并且推导了卡尔曼滤波器的状态方程和预防方程.同时进行了系统位移、速度仿真,实验结果验证了该滤波算法的有效性.     

Evaluation of point cloud registration using Monte Carlo method

Supervision and control are one of the most important steps while executing a construction project and their automation remains an area of growing interest. LiDAR systems provide accurate point clouds with geometric information that can help to improve the automation of survey control. Alignment of the point clouds acquired from a number of scan positions is a fundamental issue regarding surveying accuracy and is frequently carried out in two steps: coarse and fine registration. Fine registration can be achieved automatically by means of an Iterative Closest Point (ICP) procedure. This work presents a Monte Carlo based method to quantify the reliability of a coarse registration step that would enable the automation of the alignment. The method consists of verifying the tolerance of a particular ICP implementation to coarse registration errors. Results show that the ICP alignment used works fine when coarse registration errors are lower than 18° for rotations and 1 m for translations. These values were similar for four case studies analysed. Quantifying these limits is crucial for operations such as robotic stop & go surveying, where coarse alignment is based on Simultaneous Location and Mapping (SLAM) and fine alignment is achieved through ICP.     

一种改进的三维形状非刚性对准方法

提出一种针对发生非刚性形变的三维物体自动对准的方法。该方法将相关点漂移(CPD)的点云对准方法与动态形变图相结合,实现了粗对准与细对准相结合的双尺度对准方法。首先,通过CPD方法将源模型初始对准到目标模型;其次,利用动态形变图简化源模型,高斯牛顿法优化形变能量函数求取最优变形场,并将该形变外推到源模型的所有顶点,完成自动对准。实验表明,该方法适用于完整或不完整三维模型的非刚性对准。     

Initial alignment on moving base using GPS measurements to construct new vectors

Strapdown inertial navigation system cannot easily implement initial alignment on moving base if without the prior “one shot” transfer from another master inertial navigation system and strict constraints on moving trajectory, because the initial coarse attitude cannot be effectively achieved. In this paper, a novel method using the GPS measurements to assist to solve initial attitude matrix is investigated as coarse alignment. Specific vectors are constructed with GPS measurements and used for attitude matrix computation like in analytic alignment algorithm. Several moving conditions of carrier are assumed to test the new alignment method, and the results indicate that the initial attitude angles can be achieved with small errors, which is suitable for the conventional fine alignment afterward.     

航向大失准角下的罗经法对准研究

船舶在系泊状态下由于风浪和浪涌的干扰,常会致使捷联惯导系统航向粗对准的精度达不到精对准的要求。为了能够使惯导系统在此种情况下也可以快速的完成精确对准,文中首先分析了罗经法对准在航向失准角大的情况下所受的影响,随后对解决该问题的方法进行了研究,深入分析了该系统在对准过程中参数变化的影响形式,最终提出了一种基于时变参数的罗经法对准方案。仿真和实验的结果表明,与传统的罗经法对准相比,使用这种基于时变参数的罗经法对准在航向大失准角的情况下也能够快速的完成精确对准。     

体外凝血动态检测传感器装调检测误差控制方法

针对体外凝血检测传感器装调检测误差而引起传感器精度降低的关键问题,建立一种体外凝血动态检测传感器的装调检测误差控制方法。根据体外凝血检测传感器工作原理及结构特点,对于传感器装调及测量中所出现的关键误差进行了分析,通过理论分析推导了存在装调误差情况下传感器核心元件弹性支撑与机械探针装调误差与控制公式,搭建装调误差分析控制装置,建立消除装调误差前后传感器振幅变化关系,采用有限元数值分析法对传感器检测位置与倾角误差进行分析,并计算存在检测误差情况下传感器的振幅变化关系。利用本方法对体外凝血动态检测传感器装调检测误差进行消除试验,结果表明弹性支撑装调误差、探针装调偏转误差、检测对中误差对传感器振幅影响分别为8.263 Pa、9.56 Pa、11.28 Pa,经计算系统总装调检测误差为16.999 Pa,小于体外凝血检测传感器分辨力要求的21.85 Pa,所以本系统的精度可以保证体外凝血检测的精度,验证建立的体外凝血动态检测传感器的装调检测误差控制方法可以满足传感器误差分析的要求,为完善传感器生产工艺、提高产品质量方面提供技术保障,在提升临床凝血快速检测技术中发挥重要的作用。     

压印对正系统中标记图像几何畸变的校正

在综合分析了多种线性及非线性畸变后,建立了三次多项式图像系统畸变模型。采用基于控制点偏差目标函数最小优化法进行畸变模型的求解,并通过计算自标定偏差均方差与互标定偏差均方差对标定结果进行了评定。结果表明,模型求解误差为0.22 μm,通过校正标记图像几何畸变引入的定位误差由2.5 μm降低到0.25 μm,可实现压印对正系统中标记图像几何畸变的校正,实现精确定位。     

Mooring alignment for marine SINS using the digital filter

Strapdown inertial navigation system (SINS) is presently used in several applications related to aerospace system and marine navigation. The accurate initial attitude is essential to ensure the precise determination of the position and attitude of the moving platform, which is usually calculated using initial alignment. When the vehicle is moored, the SINS inevitably experience disturbing motion. The method of ground coarse alignment, which is based on the assumption that SINS is on a stationary carrier with limited vibration, therefore cannot be used to perform the SINS mooring alignment. In this paper, a novel method processing the gyro and accelerometer measurements with infinite impulse response (IIR) digital low-pass filter to remove the high frequency noise is investigated for marine mooring alignment. Its algorithmic principle is described in details. The results obtained from both simulation and mooring experiment show that the attitude determined by this novel method can meet the accurate alignment.     

校准能见度仪用标准散射体定标系统装调技术

为了实现校准能见度仪用标准散射体的快速高精度定标,依据标准散射体校准前向散射式能见度仪的校准原理,提出了一种新型的校准能见度仪用标准散射体定标系统,重点研究了该系统的装调技术。根据定标系统的组成与工作原理,建立了定标系统装调光学模型,并提出由抛物面反射镜与全景成像能量检测系统相对位置装调以及抛物面反射镜与低反射率球形屏幕系统相对位置装调组成的定标系统装调方案。建立校准能见度仪用标准散射体定标系统极限误差计算模型,在入射光线角度为45°的情况下,计算出装调过程中抛物面反射镜与低反射率球形屏幕系统平移误差与倾斜误差的极限装调误差分别为3.18°和0.847°,抛物面反射镜与全景成像能量检测系统平移误差与倾斜误差的极限装调误差的极限装调误差均为2.14 pixel。实验证明装调后的校准能见度仪用标准散射体定标系统的最大角度检测误差为0.795°,满足定标系统的角分辨率是1°的使用要求。     

联轴器对中误差的特点

采用分析刚体相对位置的几何方法，对联轴器对中误差的定义、测量及调整等方面进行详细的分析与探讨。指出对中误差可以系统弹性变形的方式存在，此时可近似地测量出对中误差本身的4个独立参数，并在此基础上对联轴器进行近似的对中调整。清晰、全面地从理论及实践两方面完整地认识了对中误差的特点，为建立对中误差的公差标准及统一的测量及调整方法奠定基础。