基于转台误差分析的高精度惯测组合标定编排改进

转台误差影响高精度惯测组合标定精度。利用姿态转换四元数建立了转台误差模型,分析了转台误差对一种典型惯测组合标定编排方案的影响。在分析转台误差影响规律的基础上,提出了一种标定编排改进方案,可以有效抑制转台误差,提高标定精度。仿真和试验对标定编排改进前后的标定精度和导航性能进行了对比,表明改进编排方案可以提高陀螺和加速度计安装误差角标定精度,改善系统导航性能。     

A Study of the Influence of Calibration Uncertainty on the Global Uncertainty for Digital Image Correlation Using a Monte Carlo Approach

Stereo digital image correlation (DIC) is now a standard measurement technique. It is, therefore, important to quantify the measurement uncertainties when using it for experiments. Because of the complexity of the DIC measurement process, a Monte Carlo approach is presented as a method to discover the magnitude of the stereo-DIC calibration uncertainty. Then, the calibration errors, along with an assumed sensor position error, are propagated through the stereo-triangulation process to find the uncertainty in three-dimensional position and object motion. Details on the statistical results of the calibration parameters are presented, with estimated errors for different calibration targets and calibration image quality. A sensitivity study was done to look at the influence of the different calibration error sources. Details on the best approach for propagating the errors from a statistical perspective are discussed, including the importance of using a “boot-strap” approach for error propagation because of the covariance of many of the calibration parameters. The calibration and error propagation results are then interpreted to provide some best-practices guidelines for DIC.     

Calibration of encoder indexing of a redundantly actuated parallel mechanism to eliminate contradicting control forces

This paper presents the kinematic calibration of a two degree-of-freedom redundantly actuated parallel mechanism (RAPM), with the aim of eliminating contradicting control forces (CCF). The kinematic errors in the RAPM induce CCFs, especially in the case of decentralized individual position control, which is the standard control method used in industrial applications. The encoder indexing errors of the actuated joints are known to be of strong influence on the CCFs. Therefore, it is believed that the CCFs will be eliminated if the encoder indexing errors are corrected. We proved this through experiments. We performed the calibration using a projection technique, wherein we projected tracking error terms onto orthogonal complementary terms of the constraint Jacobian between the independent joints and actuated joints. Using this projection technique, the effect of tracking error terms from the joint stiffness and external force is eliminated. During the calibration process, the tracking errors in the actuated joints are measured. Using these errors, we derived the optimal values of the encoder indexing error by minimizing the objective function. We verified the calibration result by comparing the CCFs measured before calibration with those measured after calibration, for the case of individual PID position control. Our results confirmed that the calibration procedure of encoder indexing errors successfully reduces the average norm value of CCFs from 366 N to 13 N.     

混合式光纤陀螺惯导系统在线自主标定

混合式光纤陀螺惯导系统IMU的安装误差、光纤陀螺的漂移及标度因数等参数会随着时间发生变化,对系统误差产生影响,使系统在使用一段时间之后精度发生变化,因而需要重新标定。在混合式系统中,通过台体旋转调制,惯性元件常值漂移误差对系统的影响得到抑制,但安装误差和标度因数误差对系统的影响无法得到完全调制,这些误差会与地速及旋转角速率耦合,引起锯齿形速度误差,降低了系统的各项性能。针对混合式惯导系统,建立了IMU误差模型,设计出一种在线自主标定方法,并进行了可观性分析。该方法采用"速度+位置"匹配,对惯导系统30项相关误差项进行在线标定。系统实验结果表明,系统级在线标定参数较分立式标定参数在导航定位精度上提高了半个数量级。     

捷联惯性测量组合标定的仿真研究

本对卡尔曼滤波在捷联惯性测量组合标定中的应用进行了研究,提出了一种辨识激光陀螺和加速度计静态误差的在线正交标定方案,并在不同滤波条件下了仿真验证,结果表明这是一种比较有效的误差标定方法。     

惯性-视觉-磁场传感器组合的低成本标定方法

针对一种融合了惯性-视觉-磁场信息的传感器组合,给出了一套低成本的标定和建模方法.对于传感器模型中的确定性项和非确定性项参数,分别采用了基于输入指令向量模匹配的方法和基于时间序列分析的方法来进行标定和建模,利用所得到的模型补偿之后的传感器输出误差的方差降为原来的1/3以下;对于摄像机坐标系和加速度计坐标系之间的相对旋转矩阵,提出了一种基于重力向量和铅垂线的标定方法,仿真结果表明,标定结果的相对误差小于7%.     

基于轨迹约束的地磁场测量误差修正方法

根据磁强计综合误差的数学模型,提出了一种基于轨迹约束的地磁场测量误差修正的方法,同时也对该方法的有效性进行了分析.该方法首先由磁强计的测量数据,根据椭球轨迹的约束,采用最小均方估计作为判断准则,估计12个误差参数,然后利用此参数获得准确的地磁矢量信息.理论分析和仿真验证表明,在某些情况下,轨迹约束修正算法是不可观测的,也给出了检验不可观测存在的方法.由软磁干扰引起的误差不同于磁强计本身误差和安装误差.在出现由软磁干扰引起的误差时,轨迹约束修正算法仅仅能提供12个误差参数中的9个,其余的3个参数需要借助外在的信息来估计.     

车载SINS/DR组合导航系统的在线标定方法

惯导系统中陀螺漂移和加速度计零位存在逐次启动不重复性误差,需在一定时期内频繁拆卸进行标定,增加了较大的工作量。从工程实用和维护的角度出发,提出了一种针对于车载组合导航系统的在线标定方法。该方法用卡尔曼滤波作为估计工具,利用里程计获得辅助信息,将惯导系统与里程计的位置和速度的差值作为量测值,通过设计接近于一般跑车实验过程的路径对待标定的误差项进行有效激励。仿真卡尔曼滤波结果表明,在一定的时间内各误差项根据车行轨迹进行逐步收敛,实现了在一般跑车实验中不拆卸惯性器件而达到标定的目的,且在精度上较 SINS 有了明显的提高。这种在线标定的处理方法给实际使用和维护带来了很大的便利,具有一定的工程实用性。     

基于递推最小二乘的在线罗差校正方法

现有罗差校正方法不同程度地存在着需要精确控制采样点、校正结果受噪声影响大、不能实现现场环境下的在线校正等问题。针对这一问题,设计了一种基于递推最小二乘的在线罗差校正方法。介绍了罗差校正的基本原理,推导了基于递推最小二乘罗差校正的实现过程,设计了转台试验及车载试验进行验证分析。两次转台试验中,罗差校正前后系统航向角误差标准差分别由30.9418°与3.2407°降低至3.8861°与1.2964°;车载试验中,车辆仅需原地转圈即可实现罗差校正,15 min跑车结果显示,校正后航向角误差标准差由17.2037°降低至2.8818°。试验结果表明,该罗差校正方法简单易用,可应用于现场在线校正,相比传统方法高效、稳定。     

基于方位旋转调制的平台式惯导系统“一点校”

为了提高惯导系统长时间导航精度,需要在导航阶段对系统进行综校。设计了一种基于方位旋转调制技术的平台式惯导系统一点校方案。方位旋转调制技术可以有效地调制水平惯性敏感元件误差,降低其对系统工作精度的不利影响,这为"一点校"方案的实施提供了前提。分析了方位旋转式平台惯导系统的误差模型,得到了系统误差与误差源之间的解析关系。通过分析研究系统的误差传播特性,建立了方位陀螺漂移与系统位置误差的数学模型,完成了方位旋转式平台惯导系统的"一点校"方案设计,通过系统试验验证其有效性,方位陀螺常值漂移为0.003(°)/h的条件下,经10 h一点校,40 h一点校后,72 h定位误差小于1nmile,航向误差小于1′。     

Capillary hydrodynamic fractionation of hydrophobic colloids：Errors in the estimated particle size distribution

Capillary hydrodynamic fractionation（CHDF） with turbidity detection at a single wavelength is an analytical technique that is often used for sizing the sub-micrometric particles of hydrophobic colloids.This article investigates three sources of errors that affect the particle size distribution（PSD） estimated by CHDF：diameter calibration errors,uncertainties in the particle refractive index（PRI）,and instrumental broadening（IB）.The study is based on simulated and experimental examples that involve unimodal and bimodal PSDs.Small errors in the diameter calibration curve can produce important deviations in the number average diameter due to systematic shifts suffered by the PSD modes.Moderate uncertainties in the PRI are unimportant in the analysis of unimodal PSDs,but in the specific case of bimodal PSDs,errors in the PRI can strongly affect the estimated number concentration of each mode.The typical IB correction（based on the IB function estimated from narrow standards） produces slightly erroneous average diameters but can lead to PSDs with underestimated widths and distorted shapes.In practice,the three investigated sources of errors can be present simultaneously,and uncertainties in the average diameters,the shape and width of the PSD,and the number concentration of the PSD modes are unavoidable.     

MEMS-IMU构型设计及惯性器件安装误差标定方法

提出一种由三只单轴MEMS陀螺仪和三只单芯片双轴6个加速度计构成的MEMS-IMU配置方案。针对该方案的特点,研究了基于重力参考矢量对MEMS惯性器件安装误差的标定方法。该方法的关键是利用同一安装平面内的两个加速度计测量矢量的叉乘矢量的方向代替MEMS陀螺敏感轴方向,利用两轴或三轴角位置转台标定MEMS-IMU中惯性器件的安装误差。分析了标定矩阵的求逆条件数,提出了3位置和6位置的标定,指出了多位置标定中转台姿态角度的选择范围。新型MEMS-IMU配置方案及安装误差标定方法可有效解决MEMS-IMU惯性器件安装误差的标定与补偿问题。     

惯性测量组件整体标定技术

研究了惯性测量组件中陀螺与加表的标度系数、零偏、安装耦合误差等的标定问题。建立了陀螺与加表的输入输出模型,提出了在三轴摇摆转台上利用六位置试验法对加表标度系数、零偏、耦合误差进行标定的方法;提出了在三轴摇摆转台上利用正负对称的多组速率试验法以及最小二乘法对陀螺标度系数、零偏、耦合误差进行标定的方法,以及利用六位置试验对陀螺与g有关量进行标定的方法。详细介绍了组件输出参数的测量方法并推导误差计算公式。理论分析表明,该方法可在三轴转台上通过位置与速率试验一次性标定出测量元件的相关误差,具有一定的工程应用价值。     

利用ESO和TD进行的激光捷联惯组误差参数外场标定方法

对外场条件下激光捷联惯组9个误差参数的标定问题进行了研究,包括加速度计零偏、加速度计标度因数误差以及陀螺零偏。对外场静基座条件下9个误差参数的可观测性进行了分析,并且从理论上推导出在不需要其他外界基准信息的前提下,仅根据导航速度误差和位置误差来完成9个误差参数标定的最少位置数,给出了一种利用扩张状态观测器(ESO)和跟踪微分器(TD)提取导航速度误差的微分信息,从而快速估计惯组9个误差参数的算法。用一组可行的多位置编排进行了惯组的9个误差参数标定的仿真验证,结果表明,该算法简单,精度高,易于在外场实现。     

单轴旋转惯导系统旋转性误差分析及补偿

对单轴旋转惯导系统因旋转而引入的各项误差进行分析,研究其误差特性及补偿方法。针对单轴正反连续旋转方案,在假定惯性测试组件的器件误差和其他非旋转性的误差在精确标定的情况下,推导了因旋转轴安装不正交引起的涡动、轴系间隙引起的晃动、测角器件误差、旋转控制引起的换向超调误差、角位置、角速度不准确等因素而引起的误差的表现形式,定性和定量地分析了各误差对于系统精度的影响。针对对系统影响显著的旋转轴不正交误差,提出了一种基于系统自身旋转轴正反旋转的误差标定及补偿方法并进行了仿真实验。在给定条件下的仿真结果表明,该方法能够准确标定出旋转轴的不正交误差,标定精度达到角秒级。     

外场条件下激光捷联惯组多位置标定方法精度分析

从标定算法误差和位置编排对标定精度的影响两个方面对外场激光惯组多位置标定方法的标定精度进行了分析。证明多位置标定中由粗对准姿态角代替精确姿态角所产生的误差为二阶小量,而对加表等效天向误差和陀螺等效北向误差的估计误差会直接影响标定精度。数学仿真表明对于加表零偏10-4g,加表标度因数10-4和陀螺零偏10-2 deg/h数量级的激光惯组,该多位置标定方法的估计精度高于相应误差参数本身2个数量级,说明该方法具有较高精度。在优化位置和非优化位置条件下,多位置标定方法精度的仿真结果在同一个数量级,说明该多位置标定方法对位置编排不敏感。     

惯性平台误差快速自标定技术

误差标定及补偿是提高惯性系统实用精度的重要手段。惯性平台借助自身框架的转动及锁定功能可以实现自主误差标定,为载体的机动性和制导/导航精确性创造了条件。但标定的完善性与快速性之间存在矛盾。本针对一种三轴平台设计了一个十六位置误差标定及自主对准一体化方案,可以分离出总计42项误差,其中包括自主确定方位。占用时间约70分钟,在标定完善性与快速性之间达到了较合理地折衷,在实用中取得了良好的效果。     

基于导航误差的系统级标定方法中时间参数选取原则分析

介绍了捷联惯导系统基于导航参数的标定方法,给出了惯导系统绕三个轴翻滚过程中等效加速度计误差和等效陀螺误差与惯导系统速度误差变化率之间的关系,分析表明,只要精心设计转动顺序,通过观测不同位置、姿态下惯导系统的速度误差变化率,就可以分离出惯性器件各项误差。从实际工程应用出发,分析了标定过程中各位置之间的旋转时间、每个位置上的停止时间对速度误差变化率观测值的影响,在实际应用中,必须将这种不利于惯性器件误差参数估计的影响控制到最小。最后结合实际惯导系统的器件水平,给出了实际标定过程中相邻两位置间的旋转时间的选择范围,以及每个位置上停止时间的一种最优设计方法。     

A simplified, flow-based calibration method for stereoscopic PIV

An improvement of the process of stereo-PIV calibration is presented. The central feature of the proposed technique is that the calibration of the stereoscopic system is based upon the measurement of a calibrated flow. This is achieved through an initial two-dimensional calibration of the measurement plane using a single target point, followed by a perspective and laser sheet thickness optimization that makes use of the measurement of a known reference flow, e.g., a uniform flow. This technique results in planar domain, three-component (2D–3C) measurements with a simpler calibration phase, which delivers uncompromised accuracy, compensates for the mechanical misalignment and eliminates the errors deriving from the classical target plate dot identification. The technique is particularly well suited for towing tanks and other large facilities, and is applied to the vortex system shed from an underwater bridge sail.     

精密离心机主轴回转误差对加速度计输入精度的影响

介绍了用4个位移传感器法测试精密离心机主轴径向回转误差和倾角回转误差的方法，计算了主轴回转误差中一次谐波，它包括圆锥运动和一次谐振运动，对一次谐波如何影响精密离心机中的向心加速度及其在加速度计坐标系下的分配作了详细分析，同时对重力加速度分配的影响也作了详细的分析。最后得出了被测加速度计的输入加速度的平均值的补偿方法，进一步提高了加速度计的输入精度。通过对离心机主轴回转误差运动的检测和测试，定量分析了对加速度计输入精度的影响，有助于提高加速度计的标定精度。