角速率输入下的航姿算法研究

在某些航姿系统中,陀螺采用角速率信号输出,针对这种情况,作推导了几种航姿算法的圆锥运动误差表达式,并且在理论上比较了它们的误差。理论推导和随后的仿真都证明四元数航姿算法较为适合角速率信号输入。     

旋转IMU在光纤捷联航姿系统中的应用

惯性测量单元输出信号的精度直接影响捷联惯性导航系统的精度,为了提高捷联系统的精度,以舰船光纤捷联惯性航姿系统为应用对象,采用了双轴旋转机构连续匀速旋转IMU的系统方法,把惯性测量单元输出信号中的漂移误差调制成正弦信号,通过捷联算法中的积分运算可以有效地消除陀螺和加速度计中的漂移误差,从而有效地提高捷联惯性航姿系统的精度,并进行了系统仿真实验。仿真结果表明:经过旋转以后的IMU输出信号误差较传统非旋转方法可以减小一个数量级。基于双轴旋转IMU的系统方法可以有效地减小IMU输出信号漂移误差和提高捷联惯性航姿系统的精度。     

光纤陀螺捷联航姿系统CAN总线设计

针对光纤陀螺捷联惯性航姿系统对通讯实时性、可靠性和抗干扰要求高的特点,基于独立的CAN控制器SJA1000设计了光纤航姿系统CAN总线通讯节点,提出了CAN总线软硬件设计方案,解决了CAN控制器与系统主处理器地址和数据线分离之间所存在的问题.与传统的RS232/422/485、1553B等相比,采用CAN总线有助于将航姿系统、控制设备、测试设备、各种传感器及载体其它电子设备,通过CAN总线互连,构成一个高速、可靠、廉价的现场总线控制系统.考到虑航姿系统的特殊应用背景,制定了CAN应用层协议.实验及实际应用表明,该航姿系统通讯实时性、可靠性好,抗干扰能力强.     

光纤捷联航姿基准系统的设计与实现

针对光纤陀螺仪及捷联系统的特点,研究并实现了一种基于光纤陀螺仪的捷联航姿基准系统。以PC/104作为导航计算机,采用I/F转换回路及计数线路构成加速度计的数字信号采集系统,采用智能多串口线路完成各模块之间的通讯任务,构成捷联式航姿基准系统原理样机。在此基础上,设计了系统的机械编排方案、传感器的误差补偿方案和闭环卡尔曼滤波器。样机的测试结果表明:样机满足系统设计要求,在温控环境中,其精度优于基于挠性陀螺仪的捷联航姿系统。     

基于内阻尼的捷联航姿算法

捷联惯性航姿系统自身的特征就是误差存在舒勒周期振荡和傅科周期振荡,这就限制了捷联惯性航姿系统的精度。为了提高系统精度,将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中,通过设计水平回路中误差通道的三阶内阻尼网络,利用系统自身的速度信息来阻尼周期振荡,同时在内阻尼思想基础上提出了基于内阻尼的捷联航姿算法。由于改变了舒勒调谐的条件,内阻尼算法只有在加速度较小的条件下才能适用。通过数字仿真证明,在载体加速度较小的条件下,新的算法能够抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡,提高了捷联惯性航姿系统的精度。     

一种采用足部航姿参考和肩部航向参考的室内个人导航方法（英文）

为了解决传统足部航姿参考系统中航向信息可观性较差的问题,提出了一种采用足部航姿参考系统和肩部电子罗盘的室内个人导航方法。在这种模式下,肩部电子罗盘测量得到的航向信息被直接用于计算足部航姿参考系统的姿态转移矩阵。在此基础上,通过在行人在行走过程中足部处于静止状态时采用卡尔曼滤波器被用来限制惯性导航系统的误差漂移。实验结果显示,本文提出的方法平均位置误差与不使用肩部电子罗盘的方法相比降低了30%左右。     

基于低成本IMU的捷联航姿系统软件设计与实现

在已设计好的捷联航姿系统硬件平台基础上,集传感器信息处理模块、航姿解算模块和信息融合模块于一体,综合设计了基于低成本IMU的捷联航姿系统软件算法.特别是在信息融合模块中采用了基于模糊推理的变加权系数多传感器信息融合算法,从而实现对惯性数据的融合,减小了系统随时间积累的航姿误差,保证航姿系统的精度指标满足要求(静态航姿精度±1.0°,动态航姿精度±2.5°).软件算法的验证采用低成本MT9-B惯性测量组件的实测数据分别进行了静、动态实验.实验结果表明,所设计的软件算法可时实进行低成本陀螺的零偏估计与补偿,并能准确地进行多传感器信息融合,从而能够有效地提高系统的航姿精度.     

中低纬度评估极区导航时IMU数据转换误差模型

为解决在中低纬度地区定量评估惯性导航系统极区性能的问题,开展了惯导IMU极区模拟转换误差分析与建模。首先,基于地球球体模型横向坐标系下导航参数不变的轨迹模拟转移规则,给出惯导IMU模拟极区输出转换修正量模型;之后,对模拟试验测试参考基准的位置、航姿、速度等误差进行理论分析,并在此基础上,详细推导了测试参考基准误差对IMU极区模拟输出转换修正量模型中多项变量的影响;最后,推导得出完整的横向坐标系下的中低纬度IMU模拟极区数据的基准误差影响模型。根据该模型,可得出测试参考基准位置、航姿、速度误差和模拟地区重力差异等因素对IMU极区模拟测试误差的影响结论。仿真试验结果证明所提出的误差模型的正确性,该误差模型可指导实际测试设计与评定工作。     

模糊推理在捷联航姿系统中的应用

为了减小捷联航姿系统航姿解算过程中陀螺漂移和积分过程等因素对航姿精度的影响,结合各传感器输出与载体运动状态相关的特性,提出了一种基于模糊推理的IMU(惯性测量组件)/磁传感器信息融合方法.通过模糊推理系统判断出载体当前的运动状态,在准静态下对IMU中陀螺解算的姿态信息和加表解算的姿态信息进行融合可提高载体的姿态精度,对陀螺解算的航向信息和准静态下磁罗经提供的航向信息进行融合可提高载体的航向精度.经过跑车试验且与跑车过程中作为基准的光纤/GPS航姿系统的航姿结果进行比较,验证了该推理过程和融合算法的正确性.     

船用光纤陀螺航姿系统动态对准

为提高船用航姿系统的对准精度和对准速度，提出了摇摆条件下的两位置对准方案。应用分段线性定常系统理论和可观测度的奇异值分解法，分析了动基座下航姿系统的可观测性和可观测度，并在摇摆台上进行了光纤陀螺航姿系统的两位置对准试验。理论分析结果表明，两位置对准可以提高系统状态变量的可观测度，尤其对加速度计误差和方位失准角的可观测度提高作用明显。摇摆试验的结果则表明，两位置对准可以使方位角对准精度提高3倍以上，同时加快了卡尔曼滤波器的收敛速度。摇摆条件下的两位置对准为船用航姿系统动态对准提供了新的途径。     

测试基准倾斜对辨识加速度计数学模型精度的影响

建立了考虑测试基准倾斜时加速度计的数学模型。用初始安装误差角辨识理论及算法，在一定范围内消除或减弱了测试基准倾斜对加速度计数学模型辨识精度的影响。该方法可以降低对测试设备地基和调平装置精度的要求，降低其测试和标定成本，提高测试工作效率。     

加速度计的全组合标定方法

阐述了在重力场上用全组合法标定单加速度计的方法,并且推导了加速度计全组合标定法测试原理。这种方法剔出了测试设备的确定性角位置误差对加速度计误差模型系数标定精度的影响,提高了加速度计的标定精度。结合上述的理论分析,对某型号加速度计进行了实际测试和误差分析,实验结果证明本方法对于提高加速度计标定精度是非常有效的。     

Digital control for material testing

As a result of proposed changes in the standard specifications for performing the conventional tension test and evaluating the data obtained, a semiautomatic testing machine has been developed by incorporating a digital system to provide control of load, strain rate or stroke. Because the digital control is also a data processor, additional design information can be obtained during the test that would be valuable for designers, for quality control and for specialty sales. Additional features of the automated equipment include reduced testing costs, increased reliability and accuracy, uniformity, rapid data evaluation and print-out, and modular construction. This paper describes the areas in material tension testing that would benefit by using automated procedures. In addition, a system is proposed that incorporates the manufacturing and research requirements for automated of the tension test. Modifications and additions to present equipment are described to show how this equipment can be automated without introducing drastic changes that adversely affect testing reliability and economical operation.     

An automated vane shear test tool for environmental monitoring with unmanned ground vehicles

The present work describes the development of a novel robotic vane shear test tool for characterization of soil parameters with high precision and accuracy. The tool automates industrial standards for testing procedures. The proposed system is capable of performing high resolution torque measurements, which are then used to estimate the shear strength of the soil. The design of the instrument and its advantages over traditional manual instruments are discussed, after which error sources, calibration, and test procedures are described. The developed tool was successfully validated against high-end commercial equipment. The built unit was employed for characterizing mine waste in a laboratory setting and also deployed in the field on board an Unmanned Ground Vehicle for remote soil characterization.     

某型导弹惯性控制系统测试

某型惯性控制系统是该导弹惯性制导系统的重要组成部分。用静止导航试验法来测试惯性导航系统性能,是一种简便易行的方法。为了高效地对惯性控制系统进行维修测试,以静止导航试验法为基础,进一步提出了在线测试和离线测试两种测试方法。介绍了某型导弹惯性控制系统自动测试设备的总体设计方案及软件、硬件实现方法,并研制出了相应的测试设备。该设备采用虚拟仪器技术,主要由测控计算机系统、信号控制调理模块和电源组成,主要编程软件为LabWindows CVI8.0。实际工程测试表明：用这种测试方法和设备,能够较详尽地测试出惯性控制系统的性能参数,较准确地进行产品的故障定位,大幅度提高了产品的测试和维修效率,在功能、精度以及实时性等方面都达到了预期的目标。     

Development of a load-cell compensation system

When a materials testing machine is used dynamically, the force recorded by the load cell may differ from that experienced by the specimen. This error is caused by the mass of the load string, usually the grip, between the specimen and the load cell.The equations of motion for a testing machine are developed and the parameters affecting the error are identified. A system is described which removes the inertia error from the load-cell output by measurement of the acceleration of the mass. The effectiveness of the technique is assessed by the use of strain-gaged reference specimens, of different stiffnesses, for comparison with the load-cell output. Two methods for calibrating the system are used and their merits assessed.     

小姿态导航平台射前快速自标定

为了实现某型导弹小姿态惯性导航平台射前自标定,分析并建立了精确实用的小姿态导航平台静态误差模型,设计了转动控制与测漂电路,充分利用射向条件和平台稳定性,实现导航平台在全装弹状态下自动转动、锁定和测漂,并以加速度计和陀螺输出作为开环观测量,结合误差模型分离出各误差系数。通过对各种误差进行综合仿真分析,得到标定系数的相对误差不超过4,其标定时间缩短为借助转台标定所需时间的40,满足了射前标定的精确性和快速性要求。方案在不改变现有装备的情况下,控制平台按照预设轨迹小角度旋转两次,仅分别在三个预设位置同时对三个陀螺进行测漂标定,适合实际导弹发射。     

相似材料模拟试验定量化研究

以关键层理论、传递岩梁理论以及采场上覆岩层及地表移动规律理论为基础,推导出岩梁抗弯刚度的误差补偿公式.通过分析模拟试验过程中的主要误差来源及其可控性,建立了相似材料模拟试验的误差补偿理论.计算结果表明:应用误差补偿理论,可以减少实验误差,有利于相似材料模拟实验定量化.     

一种应对主基准速度误差跳变的局部基准速度输出平滑处理方法

对于采用主基准速度信息进行传递对准或持续校准的局部基准惯导而言,主基准速度误差跳变不仅影响局部基准的对准或校准结果,而且易使局部基准的输出修正速度误差也产生相应跳变,进而影响利用该局部基准速度进行传递对准的子惯导的对准过程。为应对该问题,提出了一种工程适用的局部基准速度输出平滑处理方法,该方法在Kalman滤波的基础上,利用残差χ2检测基准速度误差跳变时刻,对滤波得到的速度误差状态量进行平滑处理并用其修正局部基准惯导速度,从而得到无速度误差跳变的局部基准输出速度。通过主基准速度误差跳变三种不同情况的仿真,验证了该方法能够有效的控制局部基准输出速度误差的变化率在(0.4 m/s)/(15 min)范围内,满足子惯导对准要求,具有较强的工程适用性。