城市车辆综合导航定位系统

为了解决香港等大城市的车辆连续高精度定位问题,设计了一种基于GPS的多传感器组合定位系统。由于城市高楼密集等情况会出现GPS盲区,且多路径效应影响较大,单纯的GPS导航定位难以满足使用要求。GPS与航位推算（DR）的组合导航系统只能实现短时间内的高精度定位,将GPS／DR与地图匹配（MM）、数字信标（DB）组合构成综合导航定位系统可有效解决城市车辆的导航与定位问题。该系统采用MM结果修正DR系统累积误差,采用神经网络实时辨识导航系统中的GPS多径误差。在香港特区的大量现场试验表明,该系统定位精度优于20m,运行稳定可靠。     

一种车辆航位推算改进方法

针对车辆导航的特点,给出了一种基于单陀螺单加速度计的简化航位推算方案,同时研究了差速里程仪导航方案存在的问题,提出了基于单陀螺单里程仪的航位推算方案.该方案可以充分发挥陀螺短时精度高,里程仪测量误差随着时间增长变化较小(特别是在车辆低速行驶时)的优点,并对这几种航位推算方案进行了仿真研究.仿真结果表明:单陀螺单里程仪航位推算方案的航向精度和位置精度都是较高的.     

基于ICCP算法及其推广的重力定位

基于ICCP算法的重力匹配定位可以用于限制推算定位随航行时间增长的位置误差。给出了ICCP算法的设计思想,同时针对算法的假设前提进行了推广,使算法能够在考虑重力传感器测量数据存在误差的情况下,实现推位航法的误差校正。仿真结果证明这种推广具有较好的定位精度,能够满足AUV的导航要求,对实现AUV的自主无源导航有重要意义。     

航位推算组合导航系统在线标定技术

在航位推算组合导航系统中,存在里程计安装偏差角误差和标度因数误差。推导了里程计安装偏差角误差和标度因数误差对航位推算速度和位置精度的影响,并提出了一种航位推算组合导航系统在线标定算法。该算法利用航位推算的速度与GPS的速度之差作为速度量测,航位推算的位置与GPS的位置之差作为位置量测,对航位推算组合导航系统的姿态误差、安装偏差角误差和标度因数误差进行有效估计,并通过仿真试验和车载试验对该算法的有效性进行了验证。试验结果表明,通过车载试验在线标定出的里程计各误差参数与里程计传统标定法标定的结果接近,且该算法计算量小,具有一定的工程应用价值。     

基于车辆运动模型辅助的智能手机平台车载组合导航算法

随着智能手机硬件性能的提升以及MEMS传感器技术的发展和应用普及,现有中高端智能手机平台中大多安装有消费级的微惯性测量单元和GPS接收机模块,将这两者相互结合,利用一定的信息融合方法,即可实现连续的车载导航定位。在智能手机平台中所采用的消费级MEMS惯性传感器模块其精度很低,通常难以满足车载DR导航算法的性能需求;同时在车辆行驶过程中,不可避免会经过高架、隧道等路径,也会导致GPS信号受到遮挡和屏蔽从而无法定位。针对以上问题,设计了适用于智能手机平台的基于车辆运动模型辅助的车载DR/GPS组合导航方案,推导建立了基于车辆侧向速度约束的组合导航算法模型,并以智能手机作为验证平台,测试验证了所设计的算法在无GPS环境下,采用智能手机平台中的消费级MEMS惯性测量组件,仍然可以在短时间内维持较高的导航定位性能。     

一种单目相机/三轴陀螺仪/里程计紧组合导航算法

针对车载基于MEMS-IMU/里程计/GPS组合导航系统在无GPS信号情况下,定位误差发散较快问题,提出一种基于单目相机/三轴陀螺仪/里程计紧组合导航方法,实现了较高精度定位。该方法分为初始化阶段和导航阶段两部分,在初始化阶段,通过三轴陀螺仪和里程计在线估算单目相机的尺度因子;在导航阶段,先通过基于三轴陀螺仪/里程计的航位推算实时解算载体位姿,再将单目相机观测到的带有尺度因子的特征点作为观测量,通过非线性优化方法,估计出载体位姿误差并进行修正。利用四轮小车开展算法验证实验表明,室外非闭环情况下累积误差约为里程的1.9%,在室外闭环情况下累积误差为里程的0.5%。     

ADCP与光纤陀螺罗经组合导航

为了实现声学多普勒流剖面仪(ADCP)的航海导航定位功能,提出了ADCP与光纤陀螺罗经进行组合导航的方案,研究了利用光纤陀螺罗经辅助ADCP进行导航定位的方法,分析比较了ADCP独立进行航位推算和光纤陀螺罗经辅助ADCP进行组合导航的精度。试验结果表明,光纤陀螺罗经辅助ADCP进行组合导航的定位精度至少提高1倍以上,其定位精度可以达到150m/h,能够满足航海导航定位的要求。     

基于车辆运动约束的里程计误差在线标定方法

为了降低里程计误差对捷联惯导/里程计组合定位定向精度的影响,提出了基于车辆运动约束条件的里程计误差在线标定方法。通过对里程计标度因数误差进行建模,推导建立了航位推算的误差模型,将航位推算的速度输出沿车体横向、垂向的投影作为量测的一部分,将捷联惯导输出的速度、位置信息与航位推算输出的对应信息相减作为另一部分量测,通过卡尔曼滤波获得里程计标度因数误差等状态量的最优估计值,实现里程计误差的在线标定。仿真结果表明,该方法能够有效地标定出里程计标度因数误差,从而确保了捷联惯导/里程计组合定位定向的精度。     

轮胎充气温度对光电里程仪标度因数影响的标定算法

为减小车辆轮胎充气温度对光电里程仪标度因数的影响,提高车载航位推算系统的定位精度,分析了航位推算系统的误差模型,提出了基于载波相位差分GPS的里程仪标度因数标定方法.基于CDGPS的高精度定位特性,结合SINS和里程仪的输出,利用卡尔曼滤波对里程仪标度因数随轮胎充气温度的变化进行标定.实验表明该方法可以精确标定里程仪标度因数随轮胎充气温度的变化特性,在给定初始充气压力情况下标度因数与充气温度呈线性关系.利用标定后的里程仪进行了跑车验证实验,在较良好的路况下,行驶里程78km,纬度误差由28 m减小到5 m,经度误差由65 m减小到10m.     

一种提高车载定位定向系统定位精度的方法

在车载定位定向系统中,通常采用停车修正或引入GPS等外信息校正系统,这会降低陆地武器装备的战场生存能力和自主性。基于上述情况,分析了惯导系统以及与里程计构成的航位推算系统的误差模型,得出了惯导系统短时间内定位精度高以及航位推算系统定位误差随时间增长缓慢的规律。据此推导并提出了一种提高系统定位精度的方法,该方法不需要停车或外部信息,首先利用惯导系统对航位推算系统进行校正,估计出里程计标度因数误差和载车的安装误差并进行补偿;之后利用航位推算系统对惯导系统进行校正;采用加权函数对系统位置输出进行加权优化处理。理论分析和仿真实验表明利用此方法在2 min内能估计出里程计标度因数误差和载车的安装误差,估计精度在90%以上;加权后的位置输出精度在0.2%D(D为里程)以上。     

Active control scheme for improving mass resolution of film bulk acoustic resonators

High mass resolution of sensors based on film bulk acoustic resonators (FBARs) is required for the detection of small molecules with the low concentration.An active control scheme is presented to improve the mass resolution of the FBAR sensors by adding a feedback voltage onto the driving voltage between two electrodes of the FBAR sensors. The feedback voltage is obtained by giving a constant gain and a constant phase shift to the current on the electrodes of the FBAR sensors. The acoustic energy produced by the feedback voltage partly compensates the acoustic energy loss due to the material damping and the acoustic scattering, and thus improves the quality factor and the mass resolution of the FBAR sensors. An explicit expression relating to the impedance and the frequency for an FBAR sensor with the active control is derived based on the continuum theory by neglecting the influence of the electrodes. Numerical simulations show that the impedance of the FBAR sensor strongly depends on the gain and the phase shift of the feedback voltage, and the mass resolution of the FBAR sensor can greatly be improved when the appropriate gain and the phase shift of the feedback voltage are used. The active control scheme also provides an effective solution to improve the resolution of the quartz crystal microbalance (QCM).     

Propagation of thickness-twist waves in a multi-sectioned piezoelectric plate of 6 mm crystals

We study thickness-twist vibrations and waves in an unbounded, multi-sectioned piezoelectric plate of crystals with 6 mm symmetry or polarized ceramics. An exact solution from the three-dimensional equations of piezoelectricity is obtained. Basic vibration and wave propagation characteristics are calculated based on the solution. The results are useful in the understanding and design of plate resonators, filters and acoustic wave sensors of ZnO, AlN and polarized ceramics.     

不均匀磁电弹板中的厚度扭曲波的传播

压电-压磁复合材料或结构的许多应用是与弹性波的传播密切相关的,这要求人们首先从理论的角度弄清楚弹性波的传播规律。本文研究由多个不均匀磁电弹介质组成的薄板厚度扭曲波的传播性质,从磁电弹全耦合场三维方程出发得到了其精确解,根据所得到的解分析了波的传播特征,这些结果对于理解和设计谐振器、滤波器以及声波元件提供了有价值的理论基础。     

一种基于应变梯度监测Ⅰ型裂纹的方法

基于线弹性断裂力学中I型裂纹的欧文解答,解析推导了在单向拉伸作用下无限大平板中I型裂纹尖端应变梯度场,建立了应变梯度与裂纹扩展之间的关联;基于挠曲电效应建立了电极化强度与应变梯度之间的力电耦合关系,提出了一种利用应变梯度传感器监测I型裂纹的方法,获知裂纹尖端坐标和裂纹扩展长度.本研究拟为应用应变梯度传感器对工程结构中裂纹扩展的实时监测提供初步的理论依据及方法.挠曲电感应技术在结构健康监测领域前景广阔.     

MEMS仪表惯性组合导航系统发展现状与趋势

基于MEMS仪表的惯性组合导航系统是飞行器实现轻小型化的关键配套设备之一。针对国外MEMS惯性组合导航系统产品的实现方案与性能指标进行了综述;介绍我国在该领域的研究现状,简要分析当前存在的问题与技术瓶颈,指出我国应结合现有硅微惯性器件加工水平与理论研究成果展开有针对性的研究工作。最后,对该领域的技术发展方向进行了分析。     

A comparative study of piezoelectric unimorph and multilayer actuators as stiffness sensors via contact resonance

Piezoelectric bar-shaped resonators were proposed to act as hardness sensors in the 1960 s and stiffness sensors in the 1990 s based on the contact impedance method.In this work, we point out that both multilayer and unimorph(or bimorph) piezoelectric actuators could act as stiffness/modulus sensors based on the principle of mechanical contact resonance. First, the practical design and the performance of a piezoelectric unimorph actuator–based stiffness sensor were presented. Then the working principle of piezoelectric multilayer actuator–based stiffness sensors was given and verified by numerical investigation. It was found that for these two types of resonance-based sensors, the shift of the resonance frequency due to contact is always positive, which is different from that of the contact impedance method. Further comparative sensitivity study indicated that the unimorph actuator–based stiffness sensor is very suitable for measurement on soft materials, whereas the multilayer actuator–based sensor is more suitable for hard materials.     

基于MEMS技术的微型流量传感器的研究进展

流量测量是工业生产和科研工作的重要的检测参数.近年来,随着对微电子机械系统(MEMS)的深入研究和取得的进展,传统的工业和流体力学研究的流量传感器向高集成度,微型化,高精度,高可靠性方向发展,同时生命科学的发展大大促进了用于微流体,生物学、医学、卫生、食物等学科研究新型微型流量传感器的研究开发, 微型流量传感器已成为MEMS的重要研究方向.本文对基于MEMS技术的流量传感器技术的原理、分类作了简要介绍,归纳和评述了各种基于MEMS技术的流量传感器(热式型,差压型,升力型,流体振动型, 科里奥利型及仿生型微型流量传感器等)的生产工艺和应用特点,并对基于MEMS技术的微型流量传感器的校正方法做了总结归纳.介绍了国内在微型流量传感器方面的研制工作.最后总结归纳出基于MEMS技术的流量传感器发展不同阶段并阐述了各个阶段的发展特点,并对基于MEMS技术的流量传感器新的发展趋势进行了展望.      

Inverse approach and sensitivity analysis for identification of ingot-mould thermal resistance in continuous casting of metals

The problem of appropriate location of the sensors for identification of ingot – mould thermal resistance during continuous casting of metals is the subject of the paper. Analysed problem belongs to the group of inverse problems. The present work shows also the method of identification of unknown thermal resistance using the temperature measurements at the number of sensors located in the wall of the mould. The influence of the location of the sensors on the results of identification is analysed. The best location of the sensors results from the sensitivity analysis for the steady-state inverse heat conduction problem. Validation of the proposed inverse method is realized by comparison of the results taken from solution of inverse and direct problems. Several numerical examples are presented and analysed.     

埋光纤光栅传感器智能土木结构应变监测

采取与土木工程施工特点相适应的操作工艺与保护方法，将光纤Bragg光栅传感器埋入钢筋混凝土结构中，分别在实验室和实际工程施工现场对混凝土内部的应变进行了测量。实验中光纤Bragg光栅传感性能良好，能够监测混凝土内部应变状态，显示出成活率高、绝对值测量、寿命长等优势，为建立基于光纤传感器的结构健康监测系统奠定了基础。     

Evaluation of flush mounted hot-film sensors for skin friction reduction measurements in viscoelastic polymer solutions

The purpose of this investigation was to evaluate the performance of flush mounted hot-film sensors for mean wall shear stress measurement in turbulent flows of dilute drag reducing polymer solution. A series of pipe flow expriments were conducted over a range of Reynolds numbers and polymer solution concentrations to compare the level of skin friction drag reduction measured by hot-film sensors with values calculated from pipe pressure drop. It is shown that water calibrated hot-film sensors consistently underestimate the wall shear stress suggesting that Reynolds analogy is not valid in dilute polymer solutions. The Newtonian form of the relationship between the wall shear stress and the heat transfer remains valid in dilute polymer solutions. However, multiplicative and additive factors in the relationship are shown to increase linearly with the logarithm of the polymer concentration.