姿态检测地磁传感器误差分析与补偿方法

针对磁环境下的地磁传感器测量精度不足的问题,为了补偿地磁传感器存在的各种误差,在分析地磁传感器的自身误差和环境干扰误差的基础上,建立了地磁传感器误差校正模型,利用最大似然估计法将误差校正模型转化成多项式最小二乘拟合的基本方程形式,提出了基于QR因子分解法的补偿系数快速解算方法。分别求取仿真误差模型和实验误差模型的补偿系数,然后对地磁场矢量进行校正。结果表明,校正后的磁场强度和实际磁场强度基本一致,滚转角精度提高了近5倍,能够满足相关需求。     

一种正交三轴磁罗盘的椭球拟合分步优化补偿方法（英文）

地磁与重力一起构成了无源导航的基本组成部分。针对嵌入在航姿参考系统中的磁罗盘易受到外部环境干扰问题,提出采用带有椭球约束的最小二乘法分段法,及牛顿-拉夫逊迭代对磁场干扰补偿系数进行分步求取,即在硬磁、软磁系数补偿中采用分段优化,以减小外部磁场干扰对相关参数估计的影响。在多干扰源及噪声条件下进行仿真试验(Matlab数字模拟)及Honeywell HMR3000磁罗盘的转台实验,结果表明:相比未补偿情形,两步优化校正后的总地磁场强度误差估计值由30μT下降到0.7μT,磁罗盘输出航向误差均值估计值由6.2°减小到0.5°。经验证,方法具有强收敛性,在实际地磁测量应用中具备可靠及兼容性能。     

基于自适应遗传算法的三轴磁强计校准

针对MEMS磁强计的精度无法满足姿态测量系统的航向角测量要求,对磁强计的误差来源进行了模型化分析,设计了一种基于自适应遗传算法的空间椭球磁强计校准方法.首先,采取自适应遗传算法,对磁强计测量的原始数据进行空间椭球的拟合,用估计的参数进行刻度系数、软磁干扰、硬磁干扰与零位偏置的综合误差补偿.其次,利用最小二乘法求解出非正交轴的方向余弦,进行非正交误差和安装误差的补偿.最后,将该方法应用到某姿态测量系统中,分别用未补偿和补偿后的数据进行姿态测量实验,实验结果表明该方法准确计算出磁强计的误差参数,使补偿后的航向角精度提高了6.8倍.     

基于自适应遗传算法的三轴磁强计校准（英文）

针对MEMS磁强计的精度无法满足姿态测量系统的航向角测量要求,对磁强计的误差来源进行了模型化分析,设计了一种基于自适应遗传算法的空间椭球磁强计校准方法。首先,采取自适应遗传算法,对磁强计测量的原始数据进行空间椭球的拟合,用估计的参数进行刻度系数、软磁干扰、硬磁干扰与零位偏置的综合误差补偿。其次,利用最小二乘法求解出非正交轴的方向余弦,进行非正交误差和安装误差的补偿。最后,将该方法应用到某姿态测量系统中,分别用未补偿和补偿后的数据进行姿态测量实验,实验结果表明该方法准确计算出磁强计的误差参数,使补偿后的航向角精度提高了6.8倍。     

一种地磁矢量测量多源误差校正方法

地磁矢量测量中的误差来源众多,而传统误差校正算法多是对其中部分误差进行校正,导致校正后的磁场数据仍存在剩余误差,在对各项误差的特性进行分析的基础上,提出了一种地磁矢量测量多源误差综合校正方法。首先,基于椭球约束法对地磁总场误差进行校正,得到了正交坐标系下的地磁矢量;然后,将椭球约束法校正后剩余的分量误差与非对准误差合并表述为一个三维旋转矩阵,利用遗传算法估算其中的旋转角度并完成误差校正。实验结果表明,所提出的方法可以对地磁矢量测量的多项误差进行有效校正,经校正后地理参考系下地磁三分量误差的改善率分别达到91.2%、95.2%和95.7%,与传统算法相比校正效果明显提升。     

基于磁偶极子的磁场梯度张量缩并的试验验证及相关参数确定

近十年发展起来的基于磁偶极子的磁场梯度张量缩并理论虽然可较好地描述磁源,不受测量系统的朝向的影响,但其理论尚不够完善,磁场梯度张量的模量的空间分布规律及相关参数的取值尚不明确。为解决此问题,对基于磁偶极子的磁场梯度张量的模量及参数k的三维空间分布特性进行理论分析,结果表明其空间分布均为椭球状。对参数k与角度θ的关系提出显式的近似计算公式,假设检验表明,提出的拟合公式与理论值高度吻合。采用基于电流脉冲的步进电机角度控制系统和三维磁传感器设计试验系统,对磁场梯度张量的模量的空间分布特性和参数k的拟合公式进行验证,试验结果表明,理论值与试验值基本一致,可为磁场梯度张量缩并理论的应用提供依据和参考。     

基于磁偶极子的磁场梯度张量局部缩并及试验验证

基于磁偶极子的磁场梯度张量缩并理论虽然可较好地描述磁源,不受测量系统的朝向的影响,但在实际的磁场梯度张量测量中通常仅可测得部分磁场梯度参数,没有获得磁场梯度张量中的所有张量分量,如何有效利用这些部分磁场梯度参量,已成为目前磁场梯度张量缩并理论及在磁场定位的应用中亟需解决的问题。基于磁偶极子理论提出磁场梯度张量局部缩并的方法,给出磁场梯度张量的局部模量的概念,分析了磁场梯度张量的局部模量及相关参数的三维空间分布规律,结果表明:局部模量CXY及kXY值随着g先增大后减小,在g=39°时取最大值,在g=90°时取最小值;局部模量C_Z及k_Z值随着g先减小后增大,在g=63°时取最小值,在g=0°时取最大值。提出磁场梯度张量局部模量中重要参数的近似计算公式,并通过试验进行验证。试验结果表明,试验值与理论计算值基本一致,可为磁场梯度张量局部缩并理论的应用提供依据和参考。     

杆臂效应对捷联惯性导航系统初始对准精度的影响及其在线补偿方法研究

杆臂效应是由于惯性测量组件安装位置与载体摇摆中心不重合而产生的一种干扰加速度分量，对于以加速度计输出作为观测量的捷联惯性导航系统初始对准精度有较大的影响。本文以舰载捷联惯性导航系统作为应用对象，分析了杆臂效应的产生机理、对舰载捷联惯性导航系统初始对准误差的作用关系，提出了一种基于数字滤波原理的杆臂效应在线补偿方法，并给出了该方法的计算机仿真计算结果。     

基于多传感器信息融合的双足机器人自主定位

针对单目视觉SLAM应用于双足机器人过程中易出现跟踪失败和传统位姿传感器累积误差较大的问题,提出了一种融合三种传感器信息的机器人定位方法。首先获取机器人关节编码器数据,运用运动学求解输出位置信息,再由基于特征识别的SLAM系统估计机器人头部单目相机位姿,经过尺度恢复和坐标系校正后输出位置信息,同时获取惯性测量单元的偏航测量,最后通过扩展卡尔曼滤波算法融合三种信息,从而更加精确稳定地对机器人进行定位。以双足机器人NAO为研究平台,在室内进行多组实验对所提出的方法进行验证,结果表明融合所得结果与传统位姿传感器输出信息相比,均方根误差明显降低;相比单目视觉SLAM跟踪失效率至少降低88%。     

超磁致伸缩车削加工刀架特性实验分析

利用光栅测微传感器(DG-10)和自行开发研制的优化后的超磁致伸缩车削加工刀架,对不同预压力、电流强度下刀架性能进行实验研究。实验中分别由压力传感器和改进后的控制电路调整所加预压力、电流的大小,通过数据采集系统记录光栅测微传感器所测得的磁致伸缩量。实验结果表明:在不同预压力下,刀架输出位移随着激励电流的增大而增大,直到达到饱和;同时在最大工作电流作用下,刀架的输出位移随着预压力的增大而增大,但当预压力增大到一定数值后,刀架的输出位移随着预压力的增大而减小。利用最小二乘曲线拟合、线性回归等数学方法得出了刀架在最大工作电流下,预压力与磁致伸缩量之间的拟合曲线及函数多项式,并确立了最佳工作预压力。建立了最佳工作预压力下电流与磁致伸缩量之间的函数关系式。通过误差分析看出理论分析和实验结果吻合的很好。