电子罗盘在非开挖地下管线三维探测中的应用

提出一种非开挖地下管线探测的新方法,即利用高精度的电子罗盘测得地下管线的等距离离散点的空间方位角度信息,通过曲线重建算法重建出地下管线的空间位置形状.电子罗盘是由三轴磁阻传感器、两轴倾角传感器和MCU构成,为了提高电子罗盘的测量精度,必须对其进行环境干扰补偿和罗盘处于非水平状态时的倾斜补偿.该文详细阐述了环境磁场干扰补偿原理和倾斜补偿原理,对系统的误差分别进行了理论分析计算和试验验证,并给出了试验数据和结论.     

基于MEMS加速度计的波高测量装置

利用加速度计浮标对海洋特定的参数波高进行监测。加速度计浮标运用三轴加速度计、陀螺仪、强磁场计以及电磁罗盘模块作为核心电路,利用惯性导航原理,采用四元素法进行坐标转换,并用低通滤波算法对采集信号进行处理,将滤波后的信号值进行二次积分可获取轴向位移,其中Z向位移用来计算波高,同时运用倾角测量原理计算上跨零点处浮标与水平面倾角,并用电子罗盘进行校正,以此来判断波向的方法。使用该波高测量装置对一系列波浪进行测量,并与电容波高传感器进行对比,实验结果表明:运用加速度计浮标测得竖直方向位移曲线,与电容式波高传感器实测曲线相比一致性较好,针对测量结果进行对比发现频域内分析方法误差更小。因此基于陀螺仪和加速度计的波浪观测装置能够满足波浪实验测量需求。     

智能清管器检测管道缺陷的定位算法研究

研究了采用里程轮和加速度计实现智能清管器精确定位的三种算法,包括里程轮脉冲总数均分算法、里程轮速度补偿算法和加速度计定位法。其中加速度计定位法采用高分辩率加速度计测量清管器的轴向加速度,通过加速度值对时间进行二次积分运算并进行适当的误差修正,可以得到智能清管器行走的精确距离,依据时标与距离的线性关系,达到精确定位的目的。通过室内实验测量与分析,找出上述算法产生定位误差的原因,并提出了改进措施。智能清管器定位算法的研究与误差分析为提高长输管道缺陷的定位精度提供了相关理论指导。     

水平定向钻进随钻姿态测量及误差补偿

随钻测量单元是水平定向钻进导向系统的关键组成部分,解算出正确的姿态信息是实现导向的前提。描述了利用3轴加速度计和3轴磁阻传感器测量钻具倾角、方位角和工具面向角等姿态信息的方法,并推导出相应的计算公式。针对测量过程中存在的温度和正交误差源,给出了相应的误差补偿方法;针对钻具干扰磁场和地磁倾角、地磁偏角对方位角测量引入的误差,详细分析了补偿原理,建立了补偿模型。误差实验结果表明,该补偿方法可以提高姿态测量的精度。     

旋转导向系统有色噪声的改进无迹卡尔曼滤波方法

在旋转导向钻井系统的姿态测量过程中,三轴加速度计测量数据中包含大量有色噪声,严重影响井底组合钻具姿态测量的精度。基于旋转坐标变换的四元数理论,结合所建立的三轴加速度噪声模型,提出一种改进无迹卡尔曼(UKF)迭代滤波算法。此方法利用陀螺测量原理构造观测方程和时变状态方程,将实时解算出的钻具姿态以四元数的形式更新时变状态方程中三轴角速度,通过更新观测方程加速度噪声模型实现加速度计传感器数据中有色噪声的UKF迭代滤波。实测数据滤波的结果表明,此方法可有效滤除加速度传感器数据中的有色噪声,保证旋转导向钻具姿态测量的精度。     

基于多传感器融合的TBM姿态角测量方法

为了解决倾角仪在硬岩掘进过程中强振动环境下的失效问题,基于倾角仪输出精度高、微型机电系统(MEMS)陀螺仪抗振动强的优点,提出了多传感融合的姿态测量方法.采用Allan方差方法建立MEMS陀螺仪的随机误差模型,并用扩展卡尔曼滤波算法对陀螺仪的零漂进行有效估计和补偿,在倾角仪失效情况下采用修正过的陀螺仪数据计算掘进机的姿态角.仿真和实验表明:该算法能有效实现振动环境下姿态测量的计算,保证多传感器融合系统误差不超过0.06°.     

基于EKF的多MEMS传感器姿态测量系统

姿态信息是飞行控制中最关键的参数之一,因此姿态测量成为飞行控制系统首要解决的问题。利用多M EM S传感器研制了一种微型姿态测量系统。利用三轴M EM S加速度计和三轴M EM S陀螺数据,由方向余弦矩阵的姿态表示形式推导了扩展K a lm an滤波方程,解算出飞行器的俯仰角和横滚角;设计专家系统判断飞行器的运动状态,并根据该状态调整滤波算法中的测量噪声矩阵,使系统可同时满足静态情况和动态情况的使用;利用空速和高度数据对俯仰角进行修正,利用GPS解算航向角。将实验结果与国外最新的商用自动驾驶仪的姿态结果进行了比较,二者在静态情况下非常吻合,在动态情况下基本吻合。     

梯度下降法标定三轴加速度计研究

三轴加速度计精度在出厂时即伴随着工艺流程中积累的误差,大多数情况下加速度计所测得的值都跟实际值有所差别,利用机器学习中的梯度下降法对加速度计的参数进行标定,实验结果误差与其他主流算法相比不相上下,程序简单快捷,更可作为辅助算法加入到标定流程中。     

梯度下降法标定三轴加速度计研究

三轴加速度计精度在出厂时即伴随着工艺流程中积累的误差,大多数情况下加速度计所测得的值都跟实际值有所差别,利用机器学习中的梯度下降法对加速度计的参数进行标定,实验结果误差与其他主流算法相比不相上下,程序简单快捷,更可作为辅助算法加入到标定流程中。     

基于最小二乘法MEMS惯性传感器姿态解算算法

针对MEMS惯性传感器在测量时出现误差不稳定和外界磁场变化所造成的姿态角误差较大问题,提出一种基于最小二乘法MEMS惯性传感器姿态解算算法.采用静态六位置法对三轴加速度计标定,对三轴加速度计建立误差模型,利用最小二乘法确定误差参数.根据欧拉角法中倾斜角和航向角分开求解特点,减小磁场变化干扰,再对欧拉角中存在的奇异值问题进行改进,分为一般姿态值和奇异值状态姿态值两种滤波模式.实验结果证明,通过对三轴加速计的标定补偿和欧拉角的奇异值问题改进后得到的姿态角精度高,并且在遇到磁场变化时稳定性优于四元数法,不会出现奇异值.     

基于极大似然估计法的磁力计误差补偿算法

针对现有三轴磁力计误差补偿速度慢、需要外部辅助设备、磁力计和惯性传感器组合存在多传感器轴位敏感重合误差问题,提出了一种基于极大似然估计法(maximum likelihood estimation,MLE)的快速有效的磁力计误差补偿算法.根据传感器组合系统中误差来源建立测量误差模型,建立高斯分布的极大似然参数估计模型,用牛顿最优法解算出误差补偿参数,并给出求解理想初始值的算法.仿真数据显示,补偿后的磁力计航向角解算精度达到0.81°,相比补偿前精度提高94.9％.实验结果表明,该算法可简单快速的实现误差补偿,多传感器轴位敏感重合误差得到校准.     

用线性加速度计测量定轴回转系统状态的理论研究

为了克服定轴回转系统状态测量方案需要传感器种类多、数据处理复杂等缺陷,研究了微型双轴线性加速度计测量系统状态的方案.通过建立单片双轴微型线性加速度计在安装角度有误差、敏感轴非严格正交情况下的测量方程,给出了利用高精度角度传感器测量数据对测量方程中参数进行辨识的方法,从而导出了由两个线性加速度计的测量数据解算系统状态的计算公式.推导过程表明,传感器的固有误差和安装误差可以用高精度角度传感器的测量数据修正,系统的状态可以由两个双轴微型线性加速度计的测量数据解算得到.与传统方法相比,该方法具有传感器种类少、成本低、实时性好的优点.     

MODEL 1221在全角度倾角传感器设计中的应用

介绍了MODEL 1221在0°～360°全角度传感器设计中的应用,结合加速度计敏感轴方向与重力加速度方向之间的关系,通过MCU的控制功能,完成了倾角传感器的软件和硬件设计,实现了倾角传感器的小型化、集成化、智能化。     

MPU9250传感器的姿态检测与数据融合

设计了基于MPU9250多轴姿态传感器和MSP430F149单片机的姿态检测系统。利用传感器内部的陀螺仪、加速度计和电子罗盘,可以对3个轴的角速度、加速度、磁感应强度进行测量,进而解算成角度姿态。利用优化的卡尔曼滤波算法对解算的姿态角度进行了融合处理,融合后的数据有效地抑制了噪声,提高了角度姿态检测的准确性。设计的姿态检测系统每秒钟可以完成100次姿态检测与计算,具有体积小、响应快等特点,并应用于自平衡小车的姿态检测。     

基于智能手机MARG传感器的行人导航算法

对于手持式移动设备的定位导航需求,特别是在室内无法接收到GPS信号的恶劣环境,提出了一种基于智能手机上的磁力计,陀螺仪和加速度计（magnetic,angular rate and gravity, MARG）传感器的行人导航算法,该算法在行人航迹推算的基础上,利用数字低通滤波器滤波后的加速度计三轴模值数据,对行人步态进行检测,采用经验模型对行人步长进行估计,并结合扩展卡尔曼滤波器,采用自适应的方式实时调整测量噪声协方差矩阵,将MARG传感器融合数据用于最佳航向角估算。在智能手机平台上进行测试验证,实验结果表明,在无磁或有磁干扰环境下,所提出的行人导航算法均可保证准确、可靠、持续的位置信息。     

基于惯性测量单元旋转的陀螺漂移估计和补偿方法

陀螺仪的漂移误差是影响惯性导航系统的姿态测量精度的重要因素。常用的陀螺漂移估计及航向角误差修正方法需要用磁强计或GPS等外部传感器的辅助数据来实现,存在室内、磁干扰等环境下应用受限的问题。对此该文提出了惯性测量单元旋转的改进方法。该方法在测量过程中对陀螺仪施加独立于物体运动的特定旋转,通过旋转前后不同姿态下陀螺仪和加速度计输出的倾角数值,得到惯性测量单元漂移估计。实验表明,该估计算法可有效地提高航向角的测量精度。     

三向地震模拟平台控制系统的研究

在对厦门科技馆三向六液压缸地震模拟平台系统分析的基础上,针对x、y、z轴各液压缸往返运动的非线性,z轴4个液压缸的同步难,稳态误差大,控制实时性要求高等问题,采用参考面积比整定x和y轴往返运动的参数,用实验法整定z轴4个液压缸往返运动的参数,实现了各液压缸的非线性补偿.用位移、位移差和速度差组成的双闭环结构动态修正PID参数的自适应算法,实现了z轴4个液压缸的同步控制.用零点补偿解决了液压系统的泄漏和液压缸死区造成的稳态误差,用上下位机的计算机控制结构实现了多输入、多输出系统的实时控制.     

具有误差修正和智能接口的DSP测试系统研究

为了解决在测试系统申由于传感器动态特性引起测试数据失真的问题,提出了一种集数据采集、误差修正、数据存储于一体的智能测试方案。介绍了基于白适应神经网络的传感器动态补偿算法。阐述了测试系统的软、硬件实现方案,即以TMS320砣812DDSP为核心控制单元,采用高速模数转换器采集数据,通过动态补偿算法处理数据,采用外扩存储器技术存储数据,通过USB接口读取数据。为验证测试系统的实时修正能力研制了传感器模拟器并运用本系统对其输出的数据进行了采集,调试结果表明,本系统能够准确地采集存储数据同时还能够修正由传感器模拟器引起的动态误差。     

改善宽带PCS信道的非线性补偿算法

在数据高速传输时为了补偿信道失真,使用了分集接收和等量获取结合技术.对设置在分集支线上的具有补偿算法接收结构的DSSS BPSK系统,以SNR的平均比特误码率来评价其性能.给出了具有较高数据补偿能力的多级Tap修正算法.为评价提出了算法在实际系统应用实现,利用了美国JTC个人移动通信用RF信道特性和系统应用模型标准,用平均比特误码率收敛速度进行了比较与分析.     

基于电子齿轮箱的蜗杆砂轮磨齿机几何误差补偿解耦研究

文章依据蜗杆砂轮磨齿机加工原理,用齐次坐标变换的方法建立了各运动副坐标系间的变换矩阵;基于小误差补偿运动假设,分析了误差运动和补偿运动间的相互关系,对磨齿机各运动副的位置及方向误差补偿运动进行了解耦;根据蜗杆砂轮磨齿机各轴的运动特点,进一步就基于电子齿轮箱联动关系的各运动轴补偿进行了解耦;根据解耦推导出蜗杆砂轮磨齿机各运动轴的误差补偿值,在自主研发的蜗杆砂轮磨齿机数控系统平台上进行误差补偿实验,验证了误差补偿算法,提高了蜗杆砂轮磨齿机磨削精度。