基于磁强计和MEMS陀螺的弹箭姿态探测系统

为解决弹道修正弹箭中捷联式姿态测量系统误差随时间不断积累的问题,设计了一种由二轴磁强计和MEMS陀螺构建的低成本弹体姿态磁-惯性测量系统,利用磁强计测量的地磁信息修正MEMS陀螺解算的姿态角误差. 在此基础上,提出了将两轴地磁信号解算滚转角融入陀螺解算的姿态优化算法,研制的原理样机在二轴转台上进行了测试. 有限的试验表明:在一定条件下,该测量系统可有效抑制陀螺漂移引起的姿态误差,能可靠地用于弹道修正弹箭的姿态测量.      

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。     

红外地平仪圆锥扫描瞬时视场对姿态角测量误差的影响

对双反射镜圆锥扫描红外地平仪和楔镜圆锥扫描红外地平仪的工作原理及瞬时视场进行了比较,计算了两种类型红外地平仪的瞬时视场进出地球的扫描延时,分析了扫描延时对姿态角测量误差的影响.     

基于多传感器数据融合的四旋翼飞行器的姿态解算

 用于农田信息采集的四旋翼飞行器姿态解算过程中,存在姿态角测量不够准确这一难题。选择基于加速度计、电子罗盘与陀螺仪的捷联式惯性测量系统,采用卡尔曼滤波算法,通过融合多个传感器的测量数据,解算出高精度的姿态角。为验证卡尔曼滤波算法的有效性和实用性,搭建了四旋翼飞行器姿态检测实验平台。结果表明,经卡尔曼滤波算法处理之后的姿态角动态响应好,解算精度高,其最大跟踪误差控制在±1.5°以内,消除了由加速度计或电子罗盘带来的测量白噪声,也有效抑制了陀螺仪的温度漂移,满足四旋翼飞行器对姿态解算精度的要求。     

基于磁传感器组合的高旋弹横滚角测量方法

针对三轴磁传感器与加速度计组合对于弹体的姿态测量存在难以消除或补偿掉有害加速度的问题,设计了一种磁传感器组合的布阵方式.两磁传感器成一定角度安装,并根据传感器布阵方式提出了两种新的解算方法,即零交叉法和极值比值法,使之适用于有线加速度的载体.推导了磁场在磁传感器敏感轴方向上的数学表达式,论证了两种解算方法并进行了数值仿真,在此基础上比较了两种方法,并分析了其误差产生的原因.结果表明:两种方法均适用于高转速弹体横滚姿态和转速的测量;与零交叉法相比,极值比值法获得的姿态角信息多且是单值的,解算的姿态角更为准确且误差衰减较快,优于零交叉法.     

基于组合载波相位的飞行器姿态确定

为解决全球导航卫星系统(GNSS)姿态测量中整周模糊度的快速求解问题,提出一种基于组合载波相位的短基线整周模糊度解算方法,利用单个历元的观测数据解算整周模糊度.根据多颗卫星的单频载波相位整周模糊度解算结果,应用最小二乘原理对基线向量进行精确求解,进而由基线向量确定出飞行器的姿态角.仿真结果表明,该模糊度解算方法在单个历元内至少能够解算出8颗卫星的载波相位整周模糊度,解决了GNSS动态测姿领域的一个关键性问题.测姿结果显示,偏航角和俯仰角的测量误差均小于0.2°.该研究成果可以为GNSS姿态测量系统在航空、航天等对实时性要求较高的领域中的应用创造条件.     

基于焦平面技术的红外地球姿态敏感方法研究

红外地平仪是很多空间飞行器平台姿态控制系统的关键姿态敏感设备,红外地球姿态敏感方法是其核心工作原理。针对传统红外地平仪基于光机扫描技术的红外地球姿态敏感方法,存在检测数据量小、姿态测量精度低的缺点,提出基于焦平面技术地球姿态敏感方法,阐述其算法原理和工作波段选择。由于大视场光学系统的引入,分析了光学系统的成像方式引起的姿态测量误差。实验表明提出的基于焦平面技术地球姿态敏感方法具备较高精度的姿态测量功能。     

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。     

全磁传感器弹体定姿布阵与半实物仿真

针对三轴磁传感器无法求解弹体3个姿态角这一问题,改进了磁传感器的布阵方式,设计了全磁传感器组合的旋转弹体姿态测量方案。建立了磁传感器组合的数学模型,根据2个非正交安装的磁传感器输出的极值比值,采取在偏航角范围内列表的方法来求解俯仰角,根据正交的三轴磁传感器求解偏航角。通过三轴无磁转台对测量系统进行了半实物仿真实验,并对姿态角进行了解算。实验结果表明,姿态角误差基本控制在1°,而采用十二位置不对北算法对罗差进行补偿后,可得出正确的载体偏航角。     

基于光流传感器的四旋翼飞行器设计

采用Texas Instruments公司的TM4C123GH6PM单片机作为四旋翼飞行控制系统和光流数据处理的核心单元,将九轴传感器MPU9250的陀螺仪、加速度计和磁力计经姿态解算后的角度数据作为飞行控制系统的飞行姿态反馈,超声波传感器所测量的高度数据作为飞行高度反馈,优象光流传感器所输出的位置数据作为位置反馈,设计了一款新型四旋翼飞行器.实验结果表明,该四旋翼飞行器自主导航系统可以实现室内自稳、定高和定点飞行功能.     

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.     

基于四轴飞行器的定点投放系统设计

本文综合运用传感器技术、遥感技术与控制算法,设计了一种基于四轴飞行器的定点投放系统,可以更有效地实现灾害救援。本系统采用STM32单片机为主控制器,结合姿态传感器、导航传感器、动力以及远程无线通讯部分,完成了系统的硬件设计;软件部分设计了传感器数据采集、惯性测量和姿态角解算、串级PID控制以及定点投放控制程序。试验结果表明,该系统实现了定点投放功能,达到预期目标。     

自适应误差四元数无迹卡尔曼滤波四旋翼飞行器姿态解算方法

针对小型四旋翼飞行器在姿态解算时,使用的惯性器件在飞行器起飞、下降等过程中容易受到非重力加速度影响的问题,提出了一种自适应误差四元数无迹卡尔曼滤波的飞行器姿态解算方法。该方法在传统无迹卡尔曼滤波算法的基础上,结合陀螺仪漂移误差模型,使用误差四元数的方法构建无迹卡尔曼滤波的状态方程,选用加速度计和磁强计的输出作观测量,利用其构建无迹卡尔曼滤波的量测方程,并通过自适应调整量测噪声协方差矩阵,减小非重力加速度对姿态解算的影响。实验表明,当飞行器存在非重力加速度时,该方法可以有效减小非重力加速度影对姿态解算的影响。     

应用磁强计和加速度计的连杆运动角度计算

为解决多关节连杆连续变换中的运动姿态求解问题,研究通过磁感应强度和加速度测量并求解运动模型和姿态位置的方法,利用地球磁场和重力场在地理坐标系和基础坐标系之间的方向余弦转换进行绝对角度运算,得到姿态角(航向角、俯仰角和滚转角)的磁感应强度和加速度表示.分析了坐标系变换过程中的角度转换,推导出连续变换过程中连杆姿态角和连杆间夹角的关系式,并以一个实例作了验证分析.该模型能够解决姿态角和绝对运动角的转换,在连杆运动姿态表示中有较好的通用性.     

基于四轴飞行器的双闭环PID控制

针对传统单闭环PID控制四轴飞行器存在的问题,设计并实现了一种双闭环PID控制算法。在姿态PID控制中,角度作为外环,角速度作为内环,运用姿态解算计算出欧拉角,作为姿态PID反馈量,进行姿态双闭环PID控制;在高度PID控制中,高度作为外环,z轴加速度作为内环,运用气压传感器采集的大气压值计算出高度,作为高度PID反馈量,进行高度双闭环PID控制。由于油门存在非线性问题,因此运用Matlab对油门转速曲线进行补偿,使输出的油门值近似线性化。飞行实验结果表明,四轴飞行器运用双闭环PID控制不仅反应快、超调量小,而且能够在室外稳定地飞行。     

单天线GPS接收机载体姿态测定分析

该文研究了利用单天线GPS接收机的输出信息来实时确定载体姿态的基本原理与方法。文中的GPS载体姿态是指关于载体飞行速度矢量轴的新系偏航角、航迹角和新系滚转角，亦称为新系姿态。文中对姿态测定的分析包括利用GPS接收机配合软件LABMON46输出的原始信息来分析速度矢量的求解方案；利用卡而曼滤波模型对速度信息进行处理得到相应的加速度信息；根据前面2步求得的速度和加速度给出解算载体新系姿态的方法；最后给出常规姿态与新系姿态的关系和对照说明。     

一种滚转导弹飞行姿态的获取方法

为了获取滚转导弹的飞行姿态,分析了基于两个侧向运动角速率陀螺和一个滚转角速率陀螺的滚转导弹飞行姿态遥测方案.通过算例讨论了各种误差对系统精度的影响,指出滚转角速率陀螺的测量精度是系统实现的.在给出的工程实例中,选用一个双轴液浮陀螺敏感导弹的侧向运动,节省了一个敏感元件.通过对实例中遥测数据的分析,发现该次飞行试验中导弹的角运动特征,为进一步的动力学分析提供了依据.该方案具有结构简单,成本低,易于实现等优点.     

基于人工神经网络的卫星姿态信号处理

地球遥感卫星的技术难点之一是保持有足够的姿态控制精度．通常卫星的姿态由单一传感器获得,为得到高的姿态精度,需要对多个传感器信息进行综合处理．针对由惯性基准、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态测量系统,提出并设计了带反馈的ＢＰ人工神经网络进行信号处理．研究表明,该方法可以抑制红外地平仪轨道周期误差和卫星进入阴影区时对测量系统的影响,从而使系统的测量精度得以很大提高．     

一种实用的飞行器捷联惯性导航算法

为了拓展捷联惯性导航的应用,以进一步提高飞行器导航精度和效率为目标,设计了一种实用的飞行器捷联惯性导航算法,该算法融合惯性器件的姿态信息、速度信息、加速度信息及位置信息测量值,借助四元数法分别构造姿态矩阵、速度矩阵及位置矩阵,然后通过解算四元数的运动学微分方程求出飞行器的姿态角和位置。试验结果表明,本文所述算法能够准确计算出飞行器的姿态与位置信息,可以为飞行器导航系统设计人员提供参考,具有一定的理论意义和实用价值。     

硬件增强角速率圆锥优化算法的姿态解算精度分析及改进

在分析传统硬件增强角速率圆锥优化算法姿态解算精度的基础上,提出了一种改进的算法,对传统算法中的周期分量进行了二次优化.首先通过分析传统算法的各轴分量相对于旋转矢量变化量的真值以及理想值的误差来确定算法的姿态解算精度,然后根据经典圆锥运动建立二次优化的误差准则并推导了相应的二次优化系数,最后在不同的经典圆锥运动环境下对传统算法以及改进算法的姿态解算精度进行仿真对比.结果表明,对传统算法的姿态解算精度的分析是正确合理的,而且只需采用改进的三子样算法就可以获得与根据理想值得到的结果几乎完全一致的姿态解算精度.