MIMU/GPS/磁强计组合导航系统序贯抗差自适应滤波器设计

将磁强计应用于INS/GPS组合导航系统中,其提供的航向角信息可以有效抑制惯导系统的误差积累并提高航向角的可观测性,但磁强计应用中一个突出的问题在于,除了罗差之外,它仍然容易受到环境中各种异常磁场的干扰。为解决这一问题,本文采用残差检验对磁场干扰进行检测,然后提出一种基于序贯处理的抗差自适应滤波算法,对实现对滤波结果的修正。基于跑车实验的离线数据分析表明,该滤波算法能有效抑制磁场干扰的影响,且具有较好的敏感性和鲁棒性。     

三维捷联磁传感器误差分析及补偿

磁传感器在导航系统中的应用日益广泛。在车载导航系统工作环境中,外界干扰磁场复杂,严重影响了磁航向测量的精度。因此对磁航向进行适当的罗差补偿是提高磁航向测量精度的有效途径。文中介绍了用磁传感器进行磁航向测量的原理,分析了由于磁场矢量叠加产生的罗差,提出了基于傅立叶级数的罗差模型和补偿方法。工程实践表明,上述方法的使用收到了较好的效果。     

捷联航姿传感器的误差补偿标定方法

磁航向传感器作为机载设备,它的工作情况与载体环境的影响有着密切的关系,测得的磁航向角存在着较大的误差,不能直接用来进行导航定位。所以,必须对其进行误差补偿,提高磁航向角的测量精度,才能用于导航定位。罗差是磁阻罗盘的主要误差源,文中介绍了罗差方程式,并重点推导了基于最小二乘法的七参数八位置误差标定方法。基于该方法的磁航向补偿算法的性能试验结果证明,磁航向误差基本维持在0.5°左右,满足了精度的要求。     

一种无人机罗差修正方法

栽体磁场的干扰是导致地磁导航精度较低的主要因素,在对无人机载体磁场干扰地磁场产生的地磁测量误差简要分析的基础上,将小姿态时地磁匹配导航采用的12系数误差补偿模型引入一种无人机地磁定向导航的罗差修正.在静态条件下,利用无磁转台分别获取无人机在±30°姿态角范围内有无干扰源的磁测数据.实验数据分析表明,通过补偿,栽体航向角在±5°范围内其误差均方差由2.174°下降到0.350°,其余角度下航向角误差均方差则由2.282°下降到0.732°,满足无人机在大角度姿态飞行时航向稳定度优于±3°的要求.     

基于改进的磁场检验和主方向算法的行人航向估计

针对以惯导为核心的行人定位算法存在航向角失真的问题，提出了一种融合惯性测量单元(IMU)和磁力计的行人导航算法，利用步幅航向的变化量将行人的运动分为直线行走和曲线行走两部分，当检测到行人直线行走时，提出一种实时建立主方向的自适应航向角漂移修正算法，对航行角误差进行补偿；当行人曲线行走时，辅助地磁场信息，使用磁场强度、地磁倾角、惯性导航系统(inertial navigation system，INS)与磁力计解算的航向角之差这三个特征值构建广义似然比检验量，对磁场进行判断获得稳定状态磁场信息，通过卡尔曼滤波对航向角误差进行补偿。将传感器置于足部进行实验，实验结果表明,两种算法可以实现优势互补，有效地抑制地磁信息的干扰，提高导航精度，算法结果相对于无航向角修正的零速修正算法、零角速度更新算法和单独使用磁力计进行融合的算法，定位误差分别降低了91.02%、82.93%和61.39%，室外和室内终点定位误差分别为4.545 4 m和0.543 6 m，占总路程的0.69%和0.17%。     

空间探测原子磁强计的主动磁补偿实验

在空间探测过程中,采用高灵敏无自旋交换弛豫(SERF)原子磁强计在行星表面进行磁场测量是原位物质成分分析的有效手段之一。为了提高SERF原子磁强计的磁场测量灵敏度,必须减小外界磁场扰动对其原子自旋SERF态质量的影响,基于SERF原子磁强计的测量原理,设计了一套主动磁补偿系统。首先,通过测量驱动激光光强获得3个方向的磁场信息;在此基础上,控制电流源和线圈主动产生一个与外界磁场扰动大小相同、方向相反的磁场来补偿扰动,以提高原子自旋SERF态的质量;最后,结合现有的SERF原子磁强计实验平台进行了实验验证。实验结果表明,与手动补偿方式相比,采用本文所述的主动磁补偿系统,可以实时跟踪磁场补偿点,降低系统信号的噪声,补偿了外界磁场的扰动,验证了磁强计主动磁补偿技术的有效性,为后续样机的研制奠定了技术基础。     

行人导航系统航向角约束算法研究

针对航向角发散的情况,采用磁力计和地图线路匹配约束的方法修正航向角误差。根据磁力计和地图线路匹配算法各自的特点,在零速修正技术的基础上,最终选择在行人直线行走时采用地图线路匹配辅助,弯路行走时采用磁力计辅助的算法,通过EKF进行误差估计从而补偿航向角误差。最后将设备置于行人足后跟处进行实验,实验结果表明,此方法能够有效抑制航向角漂移误差,导航精度明显提高,最终定位误差为1.2m,占总行程的0.3%。     

挠性陀螺寻北中的航向误差

陀螺两位置寻北中存在非线性航向误差,其测量航向角与真实的航向角差值的大小随真实航向角的变化而变化,呈现出近似为正（余）弦曲线的波动形式。本文分析了挠性陀螺寻北系统中航向效应产生机理。介绍了陀螺两位置寻北原理及误差模型,重点分析了挠性陀螺仪零次项漂移和一次项漂移对航向误差的影响,推导了误差公式,估计了两位置寻北中陀螺仪精度对测量精度的影响,寻北试验的结果验证了理论分析结论。     

晃动基座捷联惯导系统初始对准迭代方法

由于受风力或发动机启动等因素的影响,惯导系统载体(如导弹、飞机、舰船和车辆)经常遇到低频晃动的情况。晃动干扰使得陀螺测量到的地球自转角速度信噪比大幅下降,从而导致常用的对准方法无法满足高精度初始对准要求。针对这一问题,提出了一种基于晃动基座的捷联惯导系统迭代初始对准方法。本方法由惯性导航计算出水平速度误差,利用最小二乘法估算出水平角速度误差、姿态误差和航向误差,然后进行迭代计算,从而算出导航初始时刻的姿态和航向。车载(发动机启动)试验结果表明,该算法既提高了晃动基座条件下的初始对准精度,航向角误差的方差采用静态对准时为0.39244°,摇摆对准为0.03331°,本文采用的迭代对准为0.00883°,缩短了对准时间,迭代对准2min的航向角精度等效于静态对准和摇摆对准5min的精度。     

基于AVR32的小型磁航向系统设计

现有的磁航向测量系统体积、重量、功耗偏大,并且调试、误差补偿算法复杂、整体费用偏高,针对这些问题,设计了一个在小角度俯仰、滚转情况下的小型磁航向测量系统.该系统采用带DSP指令的32位高速处理芯片AVR32 UC3B0256、新型倾角传感器SCA100T以及磁阻传感器HMC 1022构成数字化解算平台,实现了误差补偿.实验数据显示,在水平状态下,磁航向测量值最大误差为±1.4；当俯仰角低于30°或滚转角低于35°时,随着角度的增加,磁航向输出误差变化不大,最大误差分别为3.7°和2.8°;当俯仰角超过30°或滚转角超过35°时,磁航向输出误差会急速增大.结果表明,该系统在小角度俯仰、滚转情况下具有较准确的磁航向角解算能力.     

基于航向匹配的磁力计外场无依托标定算法CSCD

三轴磁力计的测量精度会受到自身和环境的影响,因此在使用前必须要进行标定。传统标定方法需要特定的精密仪器和标定环境,或是对计算量和采集数据的方式有较高的要求,针对这些问题,提出了基于航向匹配的磁力计外场无依托标定算法。该算法无需特定精密仪器、对数据采集和计算量的要求也较低,且可以在现场实现有效动态标定。该算法基于航向角是磁航向角与磁偏角代数和的原理,通过等价数学变换构建了磁力计零偏关于姿态角与磁力计测量值的线性模型,最终采用最小二乘法对磁力计的零偏进行估计。该算法可以估计三轴磁力计的零偏,对磁力计的测量结果有较好的补偿作用。实验结果表明,该算法可有效标定三轴磁力计,减小其测量误差。经标定的磁力计可以应用于地磁匹配导航,辅助惯性导航修正其位置误差,尤其是在长直路段内,磁力计标定过程中识别出的磁异常数据可以为地磁匹配导航提供基础信息。     

三轴磁通门传感器误差校正方法

三轴磁通门传感器在军事和民用领域应用广泛，但由于其存在三轴非正交、零偏和标度系数不一致的问题，导致其存在转向差，影响了其磁测精度。首先，分析了转向差的产生机理，建立了误差模型，通过最小二乘法估算出了误差参数，进而对磁测数据进行了转向差校正。仿真计算表明，该算法对误差参数估算准确，对磁场分量和总场模值均有较好的校正效果，证明了算法的有效性。在磁场测量实验中，利用该算法估算出了传感器的误差参数，并对实测磁场数据进行了校正。校正后，数据的转向差得到了明显抑制，提高了三轴磁通门传感器的测量精度。     

基于PDR和磁场匹配的智能手机室内定位

目前，基于磁场的室内定位方法存在指纹采集无法快速建库的问题，导致匹配特征较少、无法快速进行匹配操作和航向角估计精度低。基于磁场梯度的快速近似，使用高斯牛顿迭代方法结合通过PDR测量的轨迹进行磁场轮廓匹配定位，提高了单点磁场指纹的可分辨性。基于步态模型的更新用作测量信息以改善C-INS的导航性能，提出了一种基于捷联惯性导航系统的行人航位推算算法。基于MFS参考位置，使用扩展Kalman滤波器控制PDR惯性导航的位置漂移误差，进一步提高了轨迹轮廓的精度。测试结果表明，该算法可以获得更好的位置估计和航向估计结果。     

三轴矢量原子磁力仪综述

原子磁力仪可分为标量磁力仪和矢量磁力仪两大类。标量磁力仪的测量结果与传感器的姿态无关,对平台的机动不敏感。矢量磁力仪能够获得更多的磁场信息,可以实现更精确的磁源定位。目前,共有7种三轴矢量原子磁力仪,测量方法分别为磁场扫描法、磁场旋转调制法、磁场轮流抵消法、磁场投影法、磁场交叉调制法、磁场分立调制法和自旋进动调制法。重点对上述7种三轴矢量原子磁力仪的测量方法进行了整理和分析。     

微小型无人机三轴磁强计现场误差校正方法

详细分析微小型无人机导航用三轴磁强计的误差来源,建立三轴磁强计的等效误差模型,提出基于两步估计算法和圆约束非对准误差估计算法的三轴磁强计现场误差校正方法.在充分考虑地磁场偏转和倾斜特性的基础上,提出适合微小型无人机应用的现场数据采样策略,能够在较少的旋转操作下获得较好的采样数据.仿真表明:在所有磁场误差都存在的情况下,...     

一种石英加速度计用磁处理系统研制

针对石英加速度计力矩器磁性能处理过程依赖人工操作、测量精度差、生产效率低的问题,研制了一种新型石英加速度计用磁处理系统。此系统可自动进行力矩器的充磁、退磁、测磁操作,不依赖人工;采用多探头设计,可同时在线测量4点气隙磁场强度;处理过程无需拆装,去除了重复拆装误差;可满足不同性能磁钢的充磁、退磁处理。新型磁处理系统能够满足石英加速度计力矩器生产需求,显著提高生产效率和测量精度。应用效果表明,该系统稳定可靠,值得推广。     

基于磁强计测量的微小卫星轨道姿态 耦合确定方法

针对基于磁强计测量的微小卫星, 提出了基于串并联混合策略的轨道姿态 耦合确定方法。滤波初期,考虑到估计误差较大,采用先地磁场大小测量的轨道确定、 后地磁场矢量测量的姿态确定的串联策略;稳定后,采用基于矢量测量的轨道、姿态同 步确定的并联策略。为降低轨道、姿态确定的相互影响,设计了基于信息的鲁棒Kalman 滤波,通过自动调节增益矩阵处理两个滤波系统间的影响。仿真表明,该方法在提高鲁 棒性的同时,还能适当提高状态估计的精度。     

低轨微纳卫星全磁自主导航算法研究

针对低轨微纳卫星体积小、功耗低的设计约束,提出了基于低轨地磁的定轨/定姿全磁自主导航算法.该算法仅利用三轴磁强计测量值和卫星动力学方程建立Kalman滤波器,实现了低轨微纳卫星的全自主轨道确定和姿态测量,理论仿真结果表明,该全磁导航算法精度能够满足低轨微纳卫星的一般要求.利用高精度地磁模拟器搭建了微纳卫星全磁自主导航地面仿真验证系统,对算法进行了全物理仿真测试和实验误差分析,进一步验证了全磁自主导航算法的可行性,为低轨微纳卫星提供了一种低成本、高自主、高可靠性的导航方法.     

基于MEMS陀螺仪辅助的粒子群优化磁力计校正

目前磁力计校正中存在需要采集大量数据、获取良好的初值和已知准确的传感器噪声分布等问题,传统的粒子群优化磁力计校正算法能够解决以上问题,但是该算法只能用于磁力计简化模型,校正其中9个误差参数,造成补偿不准确的问题。该算法借助MEMS陀螺仪建立矢量目标函数,采用随机漂移粒子群优化算法估计磁力计12个误差参数,具有较强的全局搜索能力和动态适应性。经过仿真与实测实验表明,该算法在磁力计绕其任意2个单轴不完整旋转1周即可实现校正,并且能够在磁场变化情况下保持精度,相比于传统算法补偿精度高、操作简单。