An improved quaternion Gauss–Newton algorithm for attitude determination using magnetometer and accelerometer

For the vector attitude determination, the traditional optimal algorithms which are based on quaternion estimator(QUEST) measurement noise model are complicated for just two observations. In our application, the magnetometer and accelerometer are not two comparable kinds of sensors and both are not small field-of-view sensors as well. So in this paper a new unit measurement model is derived. According to the Wahba problem, the optimal weights for each measurement are obtained by the error variance researches. Then an improved quaternion Gauss–Newton method is presented and adopted to acquire attitude. Eventually, simulation results and experimental validation employed to test the proposed method demonstrate the usefulness of the improved algorithm.     

2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。     

加速度计横向灵敏度测试方法研究

随着加速度计在地震勘探、轨道交通等领域的广泛应用,横向灵敏度已经成为加速度计校准和实际应用中的重要参数。根据测试加速度向量维度的不同,对现有的加速度计横向灵敏度测试方法进行分类,指出各种测试方法及测试装置在横向灵敏度幅度、频率和方向角测试方面的局限性,并对相关问题的研究进展进行论述,指出加速度计横向灵敏度测试方法的研究方向。     

一种基于模观测法的离心机加速度计组合标定方法研究

为了实现惯性组合中加速度计误差模型系数的整体标定,提高惯性导航系统的导航精度,应用模观测法重点实现了对加速度计二次项系数的标定.应用Tylor级数对加速度模型的解进行多项式展开,利用最小二乘法求得含误差模型系数的中间变量,并给出了加速度计的二次项系数、标度因数以及零偏的计算公式.设计了20位置法对加速度计组合进行标定,通过仿真验证了该方法的有效性,并分析了安装误差角和杆臂误差对系数标定精度的影响.结果 表明,安装误差角与杆臂误差对系数标定的影响小于10-8,在实际标定过程中可以忽略.     

石英谐振加速度计振梁内部热应力的抑制方法研究

石英谐振加速度计具有抗干扰能力强、准数字输出和易于集成等优点，但温漂成为了制约其稳定性指标的关键因素。本文通过全石英无异质材料设计和热应力隔离结构方案有效抑制加速度计振梁内部产生的热应力。传感器敏感结构由惯性质量块、铰链、固定基底和微谐振器组成，均采用石英晶体材料制备，且两个微谐振器呈差动布置可以通过差分对振梁内热应力进行部分抑制。通过微谐振器的四边形框架设计可以将工作环境中产生的热应力与振梁隔离，再对固定基底上的热应力敏感部分进行拓扑优化设计来抑制工作时从固定锚点处传递至振梁内部的热应力。本文对石英谐振加速度计进行了全温度下的有限元仿真计算分析，工作环境温度从室温到75 ℃，微谐振器振梁内部产生的热应力经优化后减少了99.41%以上。     

实用化光力加速度计中单微球重复起支技术

针对光力加速度计的小型化应用，设计并制作了一种基于V型槽的片上光纤光阱，并采用机械振动方法实现了单微球重复起支。理论研究了利用机械振动方法实现微球起支、捕获的动力学过程。结果表明，只有当微球脱离捕获室底面的初始速度满足一定范围时才能稳定捕获，该初始速度范围与捕获室的几何参数有关。提出了利用两光纤中相向传播光的耦合功率监测微球捕获状态的方法，并通过实验完成了微球起支过程的自动控制，实现了单微球的重复起支与捕获。该片上光纤光阱制备方法和单微球重复起支技术可推动光力加速度计的实用化进程。