微型组合导航系统中的传感器野外标定方法

微型组合导航系统中的惯性传感器包括MEMS加速度计、MEMS陀螺仪和地磁传感器等.其精度较低,标度因数、零偏等参数易受环境影响,尤其是温度,因此室内标定得到的标度因数、零偏等参数在野外环境下不再可靠,需要修正.新方法中不需要转台等惯性测试基准设备,只需将导航系统转动6个不同位置,记录各传感器的输出,解方程组即可得到加速度计、陀螺仪和地磁传感器的零偏和标度因数误差,提高了测量精度.通过多组实验证明了该方法简单、可靠,标定精度较高,适用于短时间、低中精度导航系统.     

激励电压对梳齿式加速度计系统的影响

为优化梳齿式微硅加速度计的系统设计,研究了激励电压对加速度计性能和电路参数选择的影响。推导出的系统静电力方程说明,激励电压对静电力的影响相当于在预载电压上叠加了微幅高频干扰,该干扰决定了加速度计的标度因数稳定性。由闭环传递函数得出了标度因数稳定性与电路参数间的关系。实验结果表明,根据标度因数稳定性指标选取了合适的电路参数后,可以忽略激励电压对静电力的影响。在实际应用中,利用该结论可以减小加速度计尺寸并降低功耗。     

光纤陀螺组件快速高精度标定方法

针对光纤陀螺组件标定周期长、程序复杂、参数重复性不好等问题,提出一种基于姿态误差的光纤陀螺组件快速、高精度标定方法.以最近一次的光纤陀螺标定参数作为初始值,在初始对准中估计陀螺漂移并对陀螺输出脉冲进行修正,推导标度因数误差和安装误差的标定误差与系统姿态误差之间的关系,以导航解算的姿态与转台提供的姿态之差作为观测量,设计光纤陀螺闭环标定路径,不断对标度因数和安装误差进行修正,并根据光纤陀螺器件精度和标定参数分辨率设计快速标定结束临界值ε.标定及导航实验结果表明:光纤陀螺组件快速、高精度标定方法可以完成3个标度因数和6个安装误差的计算,并大幅度提高系统定位精度.     

闭环光纤陀螺标度因数的温度稳定性研究

基于闭环光纤陀螺仪进行了标度因数的温度稳定性研究.建立了标度因数公式,分析了温度影响标度因数稳定性的主要原因,给出了相应参数的温度系数;利用闭环光纤陀螺样机进行了温度试验.试验结果表明:光纤陀螺仪标度因数的温度灵敏度由8.08×10-4/℃改变为1.70×10-5/℃.     

基于DSP的加速计温度补偿系统的设计

为了消除环境温度对加速度计输出的影响,采用最小二乘法拟和建立了20℃-50℃温度范围内加速度计的静态温度模型.利用TMS320F240 DSP设计的数据采集和处理电路,将得到的补偿量输出到加速度计补偿电路,最终通过补偿电路的输出与加速度计输出进行叠加来实现对温度的补偿,使加速度计的输出随温度变化的数量级由1O-3变为10-4.     

光纤陀螺温度漂移自适应建模研究

针对光纤陀螺温度漂移模型参数随环境温度或陀螺本身工作状态的不同产生缓慢变化的现象，通过自适应建模的方法，自动修正模型参数，准确揭示了陀螺温度漂移特性．     

红外热成像系统温度漂移补偿算法研究

针对红外焦平面阵列(infrared focal plane arrays, IRFPA)响应输出易受到环境温度变化的影响,且长时间工作后易发生温度漂移,导致红外热成像系统测温误差大,为此提出了一种红外热成像系统温度漂移补偿算法。该算法建立了红外焦平面阵列响应输出随环境温度变化的补偿模型,利用该模型对IRFPA每个像素响应输出值进行逐一修正。将该补偿算法加入红外热成像系统中,进行红外目标的温度显示实验。实验结果表明,该算法能够有效减少环境温度变化引起的测温误差,提高红外热成像系统的测温精度。     

光纤陀螺标定误差对舰船捷联惯导系统的影响

为降低船用光纤陀螺标定误差对捷联惯导系统的影响,有针对性地提高光纤陀螺各标定参数的精度,采用将光纤陀螺标度因数误差、安装误差和零位误差进行分离的方法,推导出光纤陀螺三种标定误差与舰船角速率误差之间的函数关系,将其分别代入舰船捷联惯导系统姿态误差方程进行误差分析.并将舰船摇摆运动下的导航误差与静止下的导航误差进行比较.研究结果表明:光纤陀螺零位误差等效于光纤陀螺漂移,舰船摇摆运动会激励光纤陀螺标度因数误差和安装误差的标定误差对系统的影响.     

基于NAR动态神经网络的石英挠性加速度表参数建模与预测

通过对石英加速度表零偏和标度因数在常温贮藏环境下长期测量的研究发现,其数据变化具有很强的非线性,利用传统的零偏和标度因数的建模方法,对于长期的预测不能达到很好的效果。将NAR模型引入对零偏和标度因数的模型建立中,给出了详细的建模方法和步骤,通过所建立模型进行预测,并与实际值相比较,误差较小,充分说明了模型的有效性。通过所建立模型可以对加速度表零偏和标度因数的变化规律进行研究,并在加速度表实际应用中为其误差补偿提供参考。     

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。     

全张量重力梯度仪测量方程及误差分析

为了研究加速度计性能与全张量重力梯度仪测量精度之间的关系,从全张量重力梯度仪的测量原理出发,建立了重力梯度仪的测量方程,并根据坐标变换矩阵得到测量坐标系和惯性平台坐标系下全张量重力梯度仪的输出表达式.根据加速度计的输入输出数学模型,给出了包含加速度计性能参数的输出方程,并分析了加速度计性能对全张量重力梯度仪测量精度的影响.理论分析结果表明,当旋转圆盘中心存在加速度时,加速度计的零位偏置、标度系数的非一致性以及二阶非线性系数均产生重力梯度测量误差.通过采用高精度加速度计、高精度稳定平台及标度系数在线自动补偿技术,可以提高重力梯度仪的测量精度.     

二维空心透平转子热状态在线监测模型

结合工程实际情况,用积分变换的方法对二维空心转子导热微分方程进行解析求解,推导得到空心转子内温差及热应力时间域迭代计算公式,并在迭代过程中对随温度变化的物性参数产生的非线性问题进行处理,物性参数由前一时刻物性参数考虑温度变化后进行修正,得到修正后的迭代计算模型,所得到的温度和热应力计算模型可用于典型空心轴对称体如汽轮机转子等热状态理论分析、在线监测和疲劳分析.     

基于谐振频率的微机械加速度计温度补偿方法

针对硅基微机械加速度计零偏往往随温度改变而漂移的问题,设计了一种新型的温度补偿电路.通过理论研究和实验测试,发现微机械加速度计谐振频率与温度呈现非常好的线性关系.谐振频率与表头弹性梁的弹性系数的二次方根呈正比关系,而温度对于弹性系数的影响主要有3方面:弹性模量随温度的改变、机械热膨胀和热应力.通过Matlab数值仿真的方法,仿真和模拟了加速度计表头固有谐振频率与温度的关系,该仿真结果与实验测试结果符合得很好.基于以上分析,提出了一种新型温度补偿电路,通过在FPGA中设计数字锁相环模块实时检测和跟踪加速度计当前温度下的谐振频率值作为温度信号,进而补偿系统零偏输出.结果表明:在-30~60,℃全温度范围内,补偿后系统温漂峰峰值由初始的541.8,mg降低到46.0,mg,满足了工程应用需求.     

二维湍流Rayleigh-Bénard对流温度边界层脉动影响特性研究

采用并行直接数值模拟(PDM-DNS)计算了系列Pr数和Ra数二维方腔Rayleigh-Bénard(RB)热对流.根据Shishkina等人加入脉动的温度边界层理论,得到由参数c控制的温度边界层剖面,系统地研究了参数c与Rayleigh数(Ra)、Prandtl数(Pr)的关系. Pr数为4.3和50.0的系列Ra数温度边界层剖面中,参数c的变化特性表明脉动对温度边界层的不同影响, Pr=4.3时, c较小且随Ra数变化不大, Pr=50.0时, c较大且随Ra数的增加呈下降趋势. Ra=10~(10)时不同Pr数的温度边界层剖面,参数c随Pr数增加而增大,当Pr≥4.3时,参数c与Pr数存在c～Pr~(0.15)标度率关系.系列Ra数不同Pr数的温度边界层剖面控制参数c随Pr数均存在标度率关系,标度值随Ra增高而减小,参数c随Pr数的变化特性基本呈扇形分布.由此表明,低Pr数温度边界层脉动强度较大, Ra数对边界层脉动影响较小,高Pr数温度边界层脉动强度较小但随Ra数增大而增强.     

惯性测量单元误差标定

针对低成本惯性测量单元标定中的速度和精度问题,建立了惯性测量单元的误差模型,提出了一种针对惯性测量单元零偏、标度因数和安装误差角的标定方法。利用6状态法标定出加速度计参数,利用4状态法标定出了陀螺参数。对标定后的惯性测量单元进行试验测试,结果表明,标定后惯性测量单元的测量精度满足预期要求,标定方法正确、有效。     

基于改进灰色模型的MEMS陀螺仪零偏温度补偿

微机电系统(micro-electro mechanical system,MEMS)陀螺仪的零点漂移是影响陀螺仪测量精度的主要因素.针对MEMS陀螺仪零点漂移随温度变化的非线性问题,以MEMS惯性传感器为试验对象,采用小波变换对MEMS陀螺静态实验零偏数据进行滤波,结合改进灰色预测模型估计零偏随温度变化趋势,获得基于小波变换和改进灰色预测的温度补偿模型.与常规补偿模型算法比较表明,基于小波变换和改进灰色预测的温度补偿模型均方根误差和平均绝对误差更小,MEMS陀螺仪零点漂移的均方根误差和平均绝对误差分别减少到0.025 0和0.018 0,验证了该补偿模型的可行性,对提高陀螺测量精度具有较好的理论意义和工程应用价值.     

抑制线圈电阻漂移的研究

讨论了线圈电阻随温度和频率而漂移的特性,提出了抑制电阻漂移的方法——采用线圈并联或多股导线并绕的线圈而减小温度变化对线圈电阻的影响     

液浮摆式加速度计零位漂移数学模型的研究

本文论述液浮摆式力反馈平衡加速度计零位误差产生机理;分析了零位漂移数据的特点;提出在运用时序分析的DDS法基础上对零位漂移数据进行建模的方法。建立了自回归滑动平均模型并给出模型参数估计及置信区间,解析了模型参数的物理意义,利用此模型对加速度计零位漂移数据进行统计特性分析。     

线振动条件下激光陀螺捷联惯导附加漂移补偿技术

针对振动条件下惯性器件会产生较大漂移的问题,从导航误差方程出发,以速度和位置误差作为观测量,设计了双位置卡尔曼滤波初始对准测漂方法。利用这种方法对振动条件下系统中激光陀螺的零漂和加速度计的零位的变化进行了估计;同时在导航解算过程中对惯性器件的振动附加漂移进行补偿。振动条件下对准测漂实验表明:利用双位置卡尔曼滤波方法可以很好的估计出惯性器件的振动附加漂移。振动漂移误差补偿实验表明:在导航结算过程中对惯性器件的振动漂移进行有效补偿后导航精度明显提高。     

光纤陀螺非线性温度漂移模型的辨识

光纤陀螺对环境温度的敏感性一直是影响其漂移特性的重要因素，对于陀螺的漂移特性一般是利用线性ＡＲ，ＡＲＭＡ模型表示，但在温度变化情况下，用线性模型很难得到好的拟合效果和对漂移进行预测和补偿。试用小波网络对光纤陀螺进行非线性温度模型的辨识，经实测数据验证，表明具有较好预测的效果。