基于自适应参数估计的三轴磁传感器实时校正方法

针对传统基于椭球模型三轴磁传感器无法实时校正的问题,设计了基于自适应参数估计的三轴磁传感器实时校正方法,通过对参数的实时估计与处理,实现了三轴磁传感器误差的校正。首先,对三轴磁传感器全误差模型进行分析与处理,建立了基于模值的参数估计方程;其次,详细分析了参数模型的噪声特性,针对非高斯状态相关噪声,提出了采用自适应参数估计方法;最后,设计仿真与实验分析,完成三轴磁传感器误差校正。实验结果表明,所提出的算法可以实现误差参数的实时校正,提升了磁传感器误差校正的自主性。同时,基于自适应参数估计方法,使得校正结果模值标准差相较于传统方法减小了3倍。     

基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正

为了提高磁梯度张量系统测量精度,针对磁传感器轴位偏差、标度因子与非正交性,传感器阵列间非对准误差以及载体磁干扰等误差因素,提出了基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正方法。根据硬、软磁材料磁场数学模型,将磁传感器系统误差和硬、软磁干扰误差构建为集成误差系数矩阵和集成零漂向量两部分,基于最小二乘椭球拟合建立了集成补偿模型以此校正传感器输出。通过正交系间旋转矩阵构建非对准参数的线性方程组并得到最小二乘估计,以此对准张量系统。研究结果表明:仿真校正后传感器总磁场强度(TMI)和系统张量分量有效收敛于预设测量噪声;实验校正后各传感器输出具有较高重合与同轴性,总磁场强度均方根误差(RMSE)降至约5nT,张量分量均方根误差限制在20nT/m内。该方法能够稳定可靠地提高磁梯度张量系统测量精度。     

基于自适应UKF算法的MEMS陀螺空中在线标定技术

为保证微型卫星定位应用中系统精度与稳定性,需要对姿态传感器进行实时在线标定.在无外界姿态参考时,提出一种用三轴磁强计测量值来实时估计MEMs陀螺的零漂误差的方法,采用UKF滤波算法,将陀螺漂移作为滤波状态向量,通过建立三轴磁强计测量微分方程,作为系统量测方程实现陀螺漂移的最优估计.针对磁强计测量信息易受干扰导致滤波量测模型不准确的问题,将自适应因子引入到UKF中,通过在线监控和调整测量误差,减少陀螺标定的估计误差,增强系统性能.实验结果表明,经过标定,MEMS陀螺精度提高约30%,并且在磁强计有外界干扰时,陀螺的标定结果收敛.将标定后的MEMS陀螺进行姿态解算,其动态误差小于2°.     

基于MEMS姿态传感器的声矢量传感器设计

针对声矢量传感器姿态变化难以准确测量导致目标测向精度低的现状,设计一种微型MEMS姿态传感器,并将其封装在声矢量传感器内部,实现基于MEMS姿态传感器的声矢量传感器设计。首先根据声矢量传感器姿态测量与校正原理,采用四元数姿态解算方法及扩展卡尔曼滤波器设计MEMS姿态传感器,并对其进行姿态精度测试;然后基于MEMS姿态传感器进行声矢量传感器样机设计、制作、参数测试;最后对样机进行了海上实验,结果表明,通过姿态校正后声矢量传感器目标方位估计精度与GPS推算方位精度一致,验证了利用MEMS姿态传感器设计声矢量传感器的可行性。     

基于足部微惯性/地磁测量组件的个人导航方法

为降低个人导航定位对卫星导航系统(GNSS)的依赖性,研究了一种基于足部安装微惯性/地磁测量组件的个人导航定位方法.该方法通过微惯性测量组件信息进行捷联惯导解算获得人体足部的姿态、速度与位置信息,利用磁传感器确定运动的航向信息,并采用基于步态相位检测的零速修正方法,实时修正MEMS惯性导航系统的导航信息误差以及惯性传感器的随机误差,从而减缓惯性导航系统的定位误差随时间的积累.导航定位实验结果表明,直线与矩形行进路线的导航定位误差在行进约9 min时分别保持在2 m与6 m左右,分别占行进距离的1.1％与2.5％.该实验结果证明所提出的方法可有效提高个人导航系统的定位精度,在GNSS信号衰减或失效的环境中可实现较长时间的个人导航定位.     

有限深海域的海浪感应磁场

搭载磁力仪阵列的水下载体在海洋磁力测量中基本不受人类活动的电磁噪声干扰,但是受海洋环境的电磁噪声影响较大.当海浪运动所产生感应电磁场噪声与要检测的目标磁场量级、频带接近时,这些感应磁场噪声就成了不可忽略的干扰源.在Weaver模型基础上,建立了有限深水域海浪感应电磁场的数学模型,对有限深水域,特别是海洋大陆架范围内,对海浪运动产生的感应磁场进行求解,初步得到了感应地磁场与波高、海洋深度等参数的变化规律.这些研究为磁场实测提供了参考,对海洋磁测中波动数据的解释、反演、减小磁测噪声、提高测量精度有积极的意义.     

阳加速器真空磁绝缘线电流的测量

介绍了阳加速器真空磁绝缘线(MITL)探测器的设计;叙述了线下标定和在线标定方法,对标定结果进行了分析;给出了MITL电流的实测结果。在大电流快脉冲测量中,为避免自积分罗氏线圈出现匝间击穿,需要核算线圈感应电动势;线圈线下标定与在线标定结果一致。将B-dot探测器安装在距离MITL阴阳极较近的阳极孔中不影响磁绝缘效果;B-dot必须在线标定,设置合适的阴阳极短接点位置可以消除MITL电流密度不均匀的问题。     

基于非线性最小二乘估计的eLoran/INS/磁传感器组合导航方法

为实现不依赖GNSS系统的高精度导航系统,提出了一种基于非线性最小二乘估计的e Loran/INS/磁传感器组合导航方法。利用INS/磁传感器等传感器稳定性好,高频噪声低的特点,降低eLoran导航系统受传播路径影响导致的定位误差;同时所提方法可以校准其它传感器的零点偏移。首先利用INS系统估计载体当前的状态(包括姿态、位置),再通过高斯-牛顿法,求解载体状态的最小二乘解,从而使各物理量(磁场矢量、重力矢量和位置)在当前估计的载体坐标系内计算的数值与传感器的测量结果之间误差达到最小。最后,利用传感器的零点偏移在误差项中变化缓慢的特点,通过低通滤波估计零点偏移并进行校准。所提方法具有运算量小,解算精度高的特点。仿真试验结果显示所提出方法可将罗兰导航系统定位误差从100 m提高至6.1 m(2σ),证明了该系统具备独立于GNSS系统提供高精度导航定位的潜力。     

一种免装配微惯性测量单元的研制与开发

以柔性材料和高精度六面体作为惯性传感器的安装载体和基准,设计了一种免装配、安装误差小、体积小、功耗低且便于标定的微惯性测量单元。给出了安装误差小角度前提下的传感器的测量方程和标定方法;利用微控制器的并行工作机制,提出了一种快速有效的基于均值滤波和FIR滤波的组合滤波方案。实验结果表明:MIMU可以100 Hz的频率更新测量输出,加速度测量噪声小于2.5 mg、测量误差小于0.8 mg,旋转角速度测量噪声小于0.15 o/s、测量误差小于0.2 o/s,可满足微小型惯性导航系统的功耗、体积、测量精度和响应速度的应用需求。     

基于Allan方差解耦自适应滤波的MHD/MEMS信号融合方法

为满足卫星平台对宽频带角速率测量需求,补偿磁流体动力学(MHD)微角振动传感器低频误差,提出了一种基于Allan方差的解耦自适应Kalman滤波方法,实现了MHD微角振动传感器与MEMS陀螺仪的组合测量。该方法使用Allan方差计算量测噪声的方差,克服了标准Kalman滤波对模型参数精确性要求较高的缺点,同时避免了自适应Kalman噪声参数耦合易滤波发散的问题。实验证明解耦自适应Kalman对单频和混频信号均实现较好融合效果,均方误差降低至融合前的30%,信噪比改善超过10 dB。融合后的输出信号满足卫星千赫兹带宽的测量需求,可用于惯性测量单元中。