基于D-最优的惯性平台自标定方案设计

惯性平台自标定的标定方案设计目前多是依靠经验人为设计,而没有比较系统的标定方案设计方法,为解决此问题,提出了一种基于D-最优理论的惯性平台自标定方案设计方法。首先分析给出了包含36个待估计参数的平台系统误差模型;然后以陀螺仪和加速度计的输出模型为回归模型,将惯性平台自标定看作一个广义的多元回归问题,以D-最优理论为优化准则,提出了并行设计和串行设计两种标定方案设计思路。将得到的优化方案与传统的十六位置标定方案进行了仿真对比分析,仿真结果表明:优化方案的陀螺仪误差系数、加速度计误差系数和加速度计安装误差系数标定相对误差都在1%以下,与传统十六位置标定方案的标定精度相当;但优化方案的陀螺仪安装误差标定相对误差在5%左右,远远优于传统十六位置标定方案25%的相对误差;而且优化方案的标定位置更少,能够减少标定时间,验证了标定方案设计思路的正确性。     

捷联惯组射前工程化标定技术

研究了捷联惯组射前标定技术,改进和优化了原有的射前标定方案。射前标定工程应用的关键是初始方位角的确定,这是分离陀螺仪误差系数的基础,精瞄结束后,可以获得弹体坐标系与参考坐标系之间确定的信息。利用精瞄信息,提出了反向导航法以解决射前标定中的初始方位角确定问题,解决了射前标定的工程化应用问题。提出了迭代算法,减小了历次测试结果对射前标定精度的影响,提高了射前标定的精度。精度分析和试验结果分析表明本文所研究的射前标定方案及相关算法能够满足其工程化应用的要求。     

无陀螺仪惯性系统构型中安装误差分析与标定

针对一种立方构型的无陀螺仪惯性系统，分析了构型安装误差对惯性系统测量精度的影响及构型误差的标定方法。首先分析了立方构型下载体姿态与加速度的解算方法，然后给出了安装误差对于系统输出的影响，最后通过分析安装误差的敏感性因子给出了一种有针对性的标定方法。理论分析与仿真计算表明，惯性系统角速度与线速度输出是加速度计输出的线性组合，构型安装误差对无陀螺仪惯性系统测量精度的影响非常明显，在给出的标定方案中，方向安装误差标定精度较位置安装误差要高，而且转台角速度对位置安装误差的标定精度影响很大，对方向安装误差影响较小；无陀螺仪惯性系统中安装误差不可忽略，必须进行标定，据此提出的一种标定方案简单、切实可行。     

捷联陀螺动态误差系数的正交三轴速率试验标定及其试验设计

本文提出了一种在三轴转台上标定捷联陀螺动态误差系数的正交三轴速率试验方法，同时应用最优试验设计理论，进行了试验计划的优化设计。采用该方案只需一次测试就可辨识出陀螺的全部动态误差系数，且辨识结果具有统计优良性     

高精度惯性平台十六位置自标定方案

针对惯性平台系统多位置自标定的误差系数个数还较少的现状,提出了一种平台十六位置自标定方案。通过对惯性平台系统惯性器件输出误差模型和惯性器件安装误差的详细分析,推导出了包含51项误差参数的平台系统误差模型。结合方程组有最小二乘解的理论,提出了适合平台多位置自标定系统的可观测性分析方法,并以此为指导,提出了平台多位置自标定系统的优化指标。根据此指标,结合平台信息矩阵的特点,得到了一种最优位置组合的数值搜索算法,并得到十六位置自标定方案。仿真结果显示,此十六位置自标定方案可以较高精度的估计出平台系统的全部51项误差参数。研究结果表明,用尽可能少的位置来高精度的辨识出尽可能多的平台误差参数是可实现的。     

三维形状检测中的参数标定研究

应用投影栅线法在现场检测三维物体的形状时，参数标定是影响测量精度最重要的一个因素。本文研究了三维形状检测过程中的参数标定问题，并应用傅里叶位相解调技术处理实验数据。提出了坐标系统及几何参数的标定技术，推导出考虑栅线节距变化的计算公式。给出了部分实验结果，并讨论了测试精度。     

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。     

激光捷联惯组的双轴位置转台标定仿真

研究了利用双轴位置转台标定时，水平基准误差和北向基准误差对激光捷联惯组（LSIMU）标定精度的影响。首先建立了LSIMU标定模型和生成惯性器件信息的仿真算法，接着设计了LSIMU标定方案和数据处理方法，最后对LSIMU标定进行仿真和分析。仿真结果表明：水平基准误差为0．4’时，加速度计标定误差将达到116×10^-6；当北向基准误差大于5°时，陀螺标定误差将超过0．0001。     

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。     

双轴旋转调制捷联惯导系统旋转方案优化设计

针对双轴旋转捷联惯导系统自标定旋转路径和旋转调制方案不一致的问题,48次序一体式方案将标定路径和旋转调制方案融合,减小了实际操作的复杂性,提高了导航精度。为减少48次序方案的冗余次序,进一步增强旋转调制效果,提出了一种改进的40次序一体式旋转方案。所提方案不仅能同时实现自标定和旋转调制功能,而且由惯性器件安装误差引起的数学平台姿态角误差小于传统16次序方案,对零偏误差的调制周期短于48次序一体式方案。基于奇异值的可观测度分析及仿真和实验结果表明,40次序方案的标定结果更接近真实值,经过旋转调制后的导航误差更小。在3天的导航时间内,所提方案的速度精度和位置精度相比于48次序一体式方案分别提高了20%和12%。     

Design considerations and calibration of stress transducers for soil

Strain gage pressure transducers are most frequently used for soil stress state determinations. Their construction, rugged and mechanically resistant, enables them to measure stresses within a wide range (up to 500 kPa) in harsh conditions. Output signals are easily readable and stable. The accuracy of the measurements, however, depends upon proper design and calibration before use in soil. This paper contains information on design considerations and results from calibration tests of transducers of two membrane diameters: 20 and 30 mm. The calibration test stand, as well as calibration procedures, are described in detail. For calibration tests, natural soils were used, as well as steel balls, to simulate the effect of the aggregated structures of arable soils and grain materials. The calibration method considered different soil types as well as soil water content. Soil and its water content were found to have an effect on output scale factor.     

自动化标定测试设备信息交互平台设计与实现

传统标定转台往往依靠设备内部多路滑环、连接电缆以及基于ISA、PCI、PXI或VXI总线的采集卡进行惯测组合信息的传输和提取,转台体积大、成本高、标定流程受限以及测试效率低等因素极大影响了设备的使用性。基于自动化标定测试设备的信息交互平台,采用了嵌入式片上系统设计、通信协议设计、容错处理以及工作模式识别等多项技术,为实现自动化、智能化以及精准化标定提供了新的解决方案。采用新方案设计的自动化标定设备启动后无需再进行计数清零、转位回零以及初始化处理,为缩短标定测试时间(由4 h缩短到1.5 h),灵活的进行标定测试走位以及流程编排,降低转台成本(12路滑环减少到2路),减小设备体积以及准确获取惯测组合信息提供了重要技术保障。     

Instrumentation for measuring load and deformation under high pressure

This paper describes some internal instruments designed to measure the load and the deformation of a specimen under high hydrostatic pressure. The design consideration, calibration and experimental results for the internal instruments are given.     

On calibration of adjustable strain transducers

Biaxial strain transducers are suitable for simultaneous measurements of axial and transverse strains in uniaxial tensile tests. This paper describes a specific device where adjustment to different specimen widths is done by means of adjustable contacting screws. It is pointed out that the sensitivity of the axial sensors depends heavily on the screw position. This dependency is unfortunate as it complicates the calibration procedure and implies a potential risk of severe calibration errors. The performance of the transducer is modeled by simple beam theory combined with finite element calculations of two essential flexibilities. A calibration procedure based on the theoretical model is described, and experimental results for two different contacting screws are presented. A suggestion for a transducer design eliminating the problem is outlined.     

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′。     

光纤捷联惯性测量单元设计与实现

提出了一种捷联式惯性测量单元的设计与实现方法。该系统以开环光纤陀螺和硅微加速度计作为惯性敏感元件，采用高速DSP作为中央处理器实现数据采集、处理及输出。重点介绍了系统的数据采集模块、处理模块、通讯模块等硬件电路及相应软件的设计。系统通过转台实验进行了离线标定及在线补偿，测试结果表明：系统在功能、精度以及实时性等方面达到了预期的设计目标。     

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。     

流体粘度对涡轮流量计性能影响的研究

本文运用粘性流体力学原理对现有涡轮流量计理论模型进行了改进。根据新模型计算的流量计特性曲线与变粘度实验结果更为吻合,从而为工业生产中涡轮流量计测量结果的粘度修正问题提供了实用解决的方法。利用本文的研究结果还可预测仪表几何参数与来流速度分布对涡轮流量计性能的影响,作为改进仪表设计的理论依据。     

Influence of the optical configuration on temperature measurements with fluid-dispersed TLCs

An accurate temperature calibration of fluid-dispersed thermochromic liquid crystal (TLC) particles is an important prerequisite for quantitative liquid crystal thermometry (LCT) measurements in flows. Encapsulated TLCs are subjected to uniform and linear temperature fields and are illuminated with a sheet of white light. A digital camera records the color distribution reflected by the particles. For the first time, a telecentric objective is used to eliminate the angular dependence of the color within the image plane. The paper systematically assesses how the temperature calibration is affected by the angle between the camera axis and the light-sheet plane, and by the properties of the working fluid. The obtained results provide design criteria for quantitative LCT measurements in situations where small spatial variations of the fluid temperature need to be resolved, namely for turbulent heat transfer problems in wall-bounded flows. Received: 22 January 2001/Accepted: 16 October 2001     

The effect of interface plate compliance on dynamometers incorporating octagonal strain rings

This paper reports on the design, calibration, and accuracy check of a six-load component dynamometer incorporating octagonal strain rings. The dynamometer was designed using the computer-aided design procedure described in an earlier article by Kroencke and Hull¹. The accuracy check revealed inaccuracy which was traced to non-linearity in cross-sensitive load-strain relations. Interface plate compliance was determined as the cause of the nonlinearity by means of finite-element analysis. From this analysis two methods for avoiding the nonlinearity were identified. One is to insure that the interface plates are much stiffer than the octagonal strain rings and the other is to connect the interface plates to the environment so that the boundary conditions are identical for both plates.