惯性平台系统摇摆条件下的漂移处理方法

惯性平台在摇摆条件下,由于轴端摩擦力矩的存在,导致在摇摆运动时影 响平台稳定性,引起平台各轴附加常值漂移。介绍了两种惯性平台摇摆条件下的漂移处 理方法, 第一种方法利用平台轴端框架角传感器的输出数据, 首先使用离散傅里叶变 换得到数据频谱, 其次根据数据频谱设计数字滤波器, 对得到的数据进行滤波处理, 最后使用线性回归法对滤波后的数据进行拟合, 从而得到摇摆条件下平台摇摆漂移; 第二种方法使用加速度计的输出, 根据敏感的加速度可以得到敏感轴与重力加速度的 角度, 由此计算出摇摆过程的漂移速度。实验表明, 频谱分析法可以进行三个方向的 计算, 但台体轴结果的稳定性不好; 加速度输出拟合方法虽只可进行两个方向的计 算,但稳定性较好。     

基于单轴旋转调制的重力梯度全张量测量方法研究

建立正确合理的重力梯度测量模型对于实现重力梯度测量具有重要作用。本文从动力学基本原理和牛顿第二定律出发,推导了加速度计敏感轴分别沿转盘切线方向和转盘转轴方向安装时,加速度计的输出与重力梯度张量间的关系式,式中的各项均具有对应的物理含义,可通过直接测量或计算得到。本文还利用仿真模型对新的重力梯度全张量的测量方式的可行性进行了分析,结果表明,利用新的测量方式计算得到的“伪测量值”与理论计算值间的误差小于1E,证明该测量方式是可行的。最后,论文讨论了这种新测量方式在实际应用中可能出现的问题及解决方案。     

新型速率和加速度传感器

美国联信航宇公司正就客户对它研制的一种适用于惯性测量装置的新型数字式速率和加速度传感器的兴趣进行调研。这种仍处于研制初期的传感器采用科氏(Coriolis)加速度来测量速率。每个采用微机械加工称为FIX(微型)Sciras的硅科氏传感器包含两个作为单块结构一部分的加速度计,这两个加速度计以恒定频率的幅值抖动来感测科氏加速度。三个传感器以正交方式安排可精密测量三轴的线加速度和角速度。据公司称,若采用直接数字接口,传感器及转换精度为每小时几度。     

高精度加速度计阈值的重力二次细分测试方法

高精度导航系统和微重力测量系统对于加速度计有高精度的阈值指标需 求,传统测试方法难以完成高精度加速度计的阈值测试。对此,提出了一种新的加速度 计阈值测试方法。采用对重力加速度二次细分的方法,激励出微小的加速度输入,通过 将加速度计实际输出的微小加速度测量结果和理论值进行对比,得出加速度计的阈值指 标,并结合理论分析给出了此阈值测试方法的测试精度。最后,对此加速度计阈值测试 方法进行了仿真与实验验证,仿真结果表明此方法采用姿态精度2″的转台可以实现指标 为5.7685×10-8g 的加速度计阈值测试;实验结果证明此测试方法有效。     

离心机精度对加速度计二次项标定精度的影响

离心机是标定高精度加速度计二次项系数(k2)的主要设备之一,其精度水平对k2标定精度具有重要影响。为揭示这种影响规律,指导测试设计,在常用的加速度计多项式模型基础上,建立了k2标定精度与离心机精度之间的数学模型,并利用MATLAB仿真。仿真结果表明,k2标定精度受离心机精度及其输出加速度幅度共同影响。在给定离心机精度的情况下,需要根据k2精度目标来设计离心机输出加速度范围,以免影响测试结果。     

动压转子陀螺的气动交叉耦合误差

采用动压气浮轴承转子的单自由度陀螺,如果在陀螺输出轴（即框架轴或浮子轴）方向有外加速度作用时,由于动压轴承的气动交叉耦合效应,转子在输出轴方向产生位移的同时还会在输入轴方向产生位移。这将使陀螺产生与输出轴加速度和转子轴加速度有关的漂移。由于这项漂移还具有振动整流特性,难于进行补偿,因此需要在设计、生产上加以控制。     

腰绑式行人导航系统基于缓存区的启发式航向补偿算法研究

腰绑式行人导航系统通过航位推算方法实现行人定位导航，对于实行灾难救援和单兵作战等任务十分便利。行人行进步长和航向的准确估计是实现航位推算的前提。根据腰绑式惯性传感器信号的特征，采用基于三轴合成加速度的峰值检测进行单步划分；利用步频和加速度方差信息构建线性步长模型。针对人员执行任务过程中由于运动方向不确定性导致传统启发式航向漂移消除算法过度修正甚至失效的问题，提出了一种基于缓存区的启发式航向补偿算法。根据运动方式选定N个复步作为一个缓存区，计算缓存区内相邻复步航向差值的方差，依据方差动态调整航向补偿算法的修正强度，避免过度修正。利用所提算法进行了矩形实验和操场实验，终点定位误差小于1%，表明了所提方法的有效性。     

MEMS加速度计组合在分度头上的标定方法

提出了一种在分度头上标定MEMS加速度计组合的测试方法,该方法可以标定出加速度计组合的刻度系数误差、加速度计零偏、三轴不正交度误差、安装误差角,同时可以分离出分度头转位机构角位置误差.首先通过建立一系列坐标系,推导了重力加速度在加速度计敏感轴的分量表达式.然后采用谐波分析法给出了误差标定方程,利用最小二乘法和Kalman滤波器进行误差参数的估计,并对估计结果进行了对比分析.最后通过三次独立实验标定结果的重复性和残差验证了该方法的正确性.     

微小型摆线桨气动特性数值研究

对微小型摆线桨模型进行了理论分析,确定了一种常见的桨叶绕自身轴旋转运动的规律。由于摆线桨产生的气动力主要来自于桨叶自转带来的动态升力,通过NACA0012翼型低雷诺数动态失速过程的数值模拟和实验对比,验证了采用嵌套网格技术的非定常N-S方程数值解法的准确性。通过对摆线桨二维非定常流场的计算和分析,得到了在悬停和前飞状态下,摆线桨产生气动力的大小、方向以及气动效率与桨叶运动规律的关系。然后分析了不同数量桨叶之间的相互干扰,发现3~4片桨叶较为合适。最后对三维摆线桨流场进行了仿真模拟,发现在转速不变的情况下,随着前进比J的增加,摆线桨产生的矢量推力大小变化不大,但方向变化明显。     

热气泡微机械加速度计

本文论述了一种以热气泡为主的微机械加速度计,技术上不同点在-t-]s~速度计中唯一可移动的元件是一个小的热气泡,在微型舱体中用高磁通量的加热器蒸发液体产生了该热气泡。分析和讨论了该传感器的基本物理特征,包括热量传递和液体流动。用数字仿真验证上述加速度计特性,并用特殊的测试设备演示该性能,其结果是响应良好,灵敏度高。     

磁流变机床误差分析和加工工艺优化

首先通过实验分析不同工艺参数下对去除函数稳定性的影响,并进行了仿真分析,确定了机床的敏感方向;其次,对磁流变机床运动轴误差进行了测量,分析这些误差引起法线方向误差的大小;最后,实验验证采用较大的压深和补偿法线方向误差可以有效提高机床的加工精度.     

基于融合滤波的MEMS动态倾角仪算法设计

倾角仪是测量物体水平倾角的仪器,在测绘仪器、天线定位、平台控制、海上平台监控等方面有着广泛的应用。基于以MEMS陀螺仪和加速度计为核心传感器、STM32H743为核心控制器的高精度动态倾角传感器,针对加速度计受线加速度影响不适合跟踪动态角运动、陀螺仪受漂移影响存在误差累计的问题,设计了一种融合滤波算法,采用零速修正和姿态自观测方法建立扩展卡尔曼滤波模型,通过反馈矫正将陀螺仪和加速度计输出数据进行融合滤波,去除加速度计受动态环境产生的干扰误差和陀螺仪产生的累计漂移误差,得到高精度载体水平姿态信息。使用大理石平板及三轴转台分别进行静态及动态试验验证,测量过程中动态倾角仪通过RS422串口及CAN总线将仪表原始信息及姿态解算信息传输给地面采集设备,实现对载体姿态的连续、实时计算和显示。经试验验证,该算法能够有效提高系统倾角跟踪精度,测量精度优于0.008°(1σ)。     

MEMS陀螺仪的高精度标定方法

为了提高微机电(MEMS)陀螺仪的测量精度，研究了一种同时标定陀螺非正交误差和加速度敏感漂移误差的标定方法。设计了16位置的转台标定方案，分别以地球自转角速率和重力加速度作为角速率和加速度激励源，利用两组角速率数据迭代求解非正交误差和加速度敏感漂移误差，并以陀螺仪对地球自转角速率的敏感误差作为校正效果的评估依据。试验结果表明，该方法能够有效校正MEMS陀螺仪的非正交误差和加速度敏感漂移误差，提高了陀螺仪的测量精度，且易于工程实现。     

舰船等速下舰载机捷联惯导粗对准方法研究

舰船等速航行时,由于风浪的影响使得舰船产生大幅摇摆,致使舰载机上的惯导系统测量到的地球自转角速度和重力加速度信息受到严重干扰,无法采用传统的静基座或微幅晃动基座的粗对准方法进行粗对准。针对这一问题,提出了舰船等速航行条件下基于重力加速度信息的粗对准方法,即以惯性坐标系中的地球重力加速度作为参考矢量,利用陀螺和加速度计的输出,计算出初始姿态矩阵的粗略估计值。在典型海况条件下,蒙特卡洛50个样本的仿真结果表明,东向、北向和天向姿态误差角的均值分别为-5.102′、8.915′、-0.174°,一倍标准差分别为:0.0174′、0.084′、1.472°,在此基础上完全可以实现该状态下舰载机惯导系统的精对准。     

运动补偿用惯性器件误差对SAR成像分辨率的影响研究

 为提高合成孔径雷达（SAR）系统的性价比，必须根据SAR成像分辨率的要求和整体系统参数，设计相应精度的运动补偿用捷联惯导系统。在确定SAR运动补偿系统方案和安装方式的基础上，分析不同方向的加速度计和陀螺仪误差对天线相位中心位置测量误差的影响，并利用位置测量误差与SAR成像分辨率之间的关系，进一步明确了不同方向的加速度计和陀螺仪对SAR成像分辨率的影响。研究表明：基于SAR的工作原理和安装方式，x方向加速度计和y方向陀螺仪对SAR成像分辨率的影响明显比其他惯性器件严重；相同误差水平的惯性器件对SAR成像分辨率的影响随着合成孔径时间和工作波长的不同而不同，时间越长，波长越短，影响则越严重。SAR成像仿真证明了结论的正确性。研究结果对于研制高性价比SAR成像运动补偿系统有一定的理论指导意义。     

磁制动对地壳板块运动影响的理论分析与实证研究

太阳和木星的自转是不均匀的，纬度愈高，自转愈慢。据此，作者推测液态外地核的自转，也存在类似的不均匀性，而这种不均匀自转将对地壳板块运动产生影响。利用磁流体力学理论，阐明这类星球自转的不均匀性，是磁制动的不均匀性引起的。研究了磁制动对地壳板块运动影响的途径及表现方式，并举出实例证明这些表现方式的确存在，从而证明磁制动是影响地壳板块运动的一个极为重要的因素。     

一种冗余机械臂的轨迹跟踪联合仿真研究

冗余机械臂作为一种复杂的机电系统,其精确传递函数和动力学模型难以建立,为进行精确轨迹跟踪及动力学分析造成障碍。为代替实际的物理样机进行产品的性能测试,缩短物理样机的开发周期,提高设计质量和效率,利用Matlab与ADAMS对机械臂搬运器件作业进行轨迹跟踪联合仿真研究。仿真结果表明,所设计机械臂具有良好的轨迹跟踪能力;在实现轨迹精确跟踪的同时,联合仿真算法得到的轨迹具有更好的加速度及力矩控制效果,提高了机械臂搬运作业的运动平滑性,所得数据可供工程应用。     

一种高精度MEMS陀螺仪g值敏感系数误差的标定方法

针对高精度MEMS陀螺仪存在g值敏感系数误差的问题,设计了一种基于16位置的g值敏感系数标定方法,并建立了相应的误差模型。实验表明,该方法能够有效地减少MEMS陀螺仪因加速度所引起的g值敏感系数误差,在经过误差补偿之后能够较好地表征出地球自转角速率,提高了MEMS陀螺仪在动态情况下的测量精度和性能,具有较好的参考和研究意义。     

一种冗余机械臂的轨迹跟踪联合仿真研究

冗余机械臂作为一种复杂的机电系统,其精确传递函数和动力学模型难以建立,为进行精确轨迹跟踪及动力学分析造成障碍。为代替实际的物理样机进行产品的性能测试,缩短物理样机的开发周期,提高设计质量和效率,利用Matlab与ADAMS对机械臂搬运器件作业进行轨迹跟踪联合仿真研究。仿真结果表明,所设计机械臂具有良好的轨迹跟踪能力;在实现轨迹精确跟踪的同时,联合仿真算法得到的轨迹具有更好的加速度及力矩控制效果,提高了机械臂搬运作业的运动平滑性,所得数据可供工程应用。     

基于惯性空间稳定的双轴惯导旋转调制方法

陀螺标度因数误差是影响长航时船用旋转调制惯导系统的关键误差源,其与地球自转和载体运动的耦合误差,可导致惯导系统误差发散。针对此问题,结合船用惯导使用特点,采用外航向、内俯仰的双轴旋转框架结构。在此基础上,提出了一种基于惯性系的双轴旋转惯导系统多位置转停调制方案,通过补偿地球自转和载体运动在双轴旋转惯导内外框架旋转轴上的投影分量,可显著降低陀螺标度因数误差对长航时导航精度的影响。数学仿真和船载试验结果表明,在载体航向角运动的场景下,该方法与传统的双轴旋转调制方案相比可有效抑制地球周期项振幅的增大,系统导航位置误差的发散也降低50%以上。