MEMS微惯性姿态系统的环境适应性优化设计技术 被引量：6

1

作者 刘建业 杭义军 +1 位作者 李荣冰 孙永荣 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期669-676,共8页

分析了MEMS微惯性姿态系统温度及载体运动等环境因素对MEMS惯性传感器的影响和姿态系统的关键技术;针对MEMS惯性器件的热环境优化,建立了基于有限元分析方法的热分析模型,仿真分析了散热设计方案,基于微惯性姿态系统样机,试验验证了散... 分析了MEMS微惯性姿态系统温度及载体运动等环境因素对MEMS惯性传感器的影响和姿态系统的关键技术;针对MEMS惯性器件的热环境优化,建立了基于有限元分析方法的热分析模型,仿真分析了散热设计方案,基于微惯性姿态系统样机,试验验证了散热设计的有效性;针对MEMS惯性传感器误差的强非线性特性,建立了全温范围分段线性误差补偿模型,改进了误差标定方法,有效提高了MEMS惯性器件的精度;分析了微惯性姿态组合算法的适用性条件,优化设计了基于载体飞行状态的微惯性姿态系统姿态滤波的约束条件。转台试验和飞行试验充分验证了环境适应性优化设计方法和结果的有效性,全程飞行条件下姿态误差优于2.5°,稳定飞行阶段姿态误差优于1°,该系统可满足姿态备份和微小型无人飞行器的应用需求。 展开更多

关键词 微惯性姿态系统 环境适应性 散热优化 误差建模

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捷联式微惯性导航系统的标定方法 被引量：5

2

作者 方靖 顾启泰 丁天怀 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2007年第5期29-32,共4页

设计了微惯性导航单元(MINU)结构,采用翻滚法和转台法,建立数学模型,分别标定加速度计和陀螺的零位偏差、标度因子及安装角误差。提出一种基于虚拟噪声的现场最优标定方法,运用卡尔曼滤波技术估计并补偿加速度计和陀螺零偏。实验室静态... 设计了微惯性导航单元(MINU)结构,采用翻滚法和转台法,建立数学模型,分别标定加速度计和陀螺的零位偏差、标度因子及安装角误差。提出一种基于虚拟噪声的现场最优标定方法,运用卡尔曼滤波技术估计并补偿加速度计和陀螺零偏。实验室静态实验和车载实验结果均证明了上述方法的正确性和可行性,并且快速、易于实现,能有效提高导航精度,适用于短时间、低中精度导航系统。 展开更多

关键词 微惯性导航系统(MINS) 标定 最优估计

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基于MEMS器件的低成本微惯性导航系统设计 被引量：5

3

作者 邵婷婷 李建新 +1 位作者 张永波 胡士峰 《现代电子技术》 2010年第20期200-203,共4页

设计了一款基于MEMS陀螺和MEMS加速度计的低成本微惯性导航系统。采用"四元数"法进行姿态计算,通过比力变换、积分运算确定载体的速度、位置。分析样机运行结果可知,静态运行15 s,姿态误差最大为1.2°,速度误差最大为4.5 ... 设计了一款基于MEMS陀螺和MEMS加速度计的低成本微惯性导航系统。采用"四元数"法进行姿态计算,通过比力变换、积分运算确定载体的速度、位置。分析样机运行结果可知,静态运行15 s,姿态误差最大为1.2°,速度误差最大为4.5 m/s,位置误差最大为33 m。实验表明,该系统发散较快,但短期精度较高,为满足长时间导航,必须与其他导航如GPS组合,即可应用到普通导航领域,且能大大降低系统的成本和体积。 展开更多

关键词 微惯性导航系统 预处理 捷联解算 MEMS陀螺

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基于足部零速约束的行人自主导航微系统设计 被引量：1

4

作者 张旻 耿凯鸽 穆骏 《中国测试》 CAS 北大核心 2023年第5期123-128,共6页

随着智能健康管理水平的提升,对传感装备及其测量精度的技术要求也在不断提高。针对低精度微型惯性测量单元的不足,设计一种可穿戴鞋式的足部约束行人自主惯性导航微系统,分析行人行进过程的足部运动特征,构造基于足部零速约束的滤波算... 随着智能健康管理水平的提升,对传感装备及其测量精度的技术要求也在不断提高。针对低精度微型惯性测量单元的不足,设计一种可穿戴鞋式的足部约束行人自主惯性导航微系统,分析行人行进过程的足部运动特征,构造基于足部零速约束的滤波算法模型,实现行进过程中的自主导航误差连续反馈修正,研制相应的硬件集成微系统并实现算法片上解算输出。多边形路线的行走实验测试结果表明,引入零速修正后的导航算法误差为行走距离的1.6%,导航精度提升约两个数量级。 展开更多

关键词 智能健康管理 微惯性系统 自主式 零速率检测 足部约束

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偏振光传感器与微惯性器件组合导航技术(英文)

5

作者 李磊磊 刘凯 +2 位作者 陈家斌 刘慧亚 杨黎明 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期219-223,共5页

微惯性系统由于成本低,可靠性高,尺寸小等等优点成为目前研究的热点。但是微惯性系统不能提供正确的航向角,所以无法单独完成初始对准。而仿生偏振光传感器通过计算可得到航向角,并且偏振光传感器的误差不发散可以抑制微惯性器件的误差... 微惯性系统由于成本低,可靠性高,尺寸小等等优点成为目前研究的热点。但是微惯性系统不能提供正确的航向角,所以无法单独完成初始对准。而仿生偏振光传感器通过计算可得到航向角,并且偏振光传感器的误差不发散可以抑制微惯性器件的误差发散,所以把偏振光传感器和微惯性系统进行组合有很多优点。实验结果验证了偏振光导航传感器的数据是不发散的,并根据偏振光导航传感器提供的航向角完成了初始对准。在导航状态中,里程计用来提供水平速度,并通过卡尔曼滤波将偏振光导航传感器、微惯性系统和里程计组合。最后,通过实验验证了该组合导航系统的可行性。 展开更多

关键词 偏振光导航 微惯性系统 卡尔曼滤波 初始对准 里程计

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基于微惯性/偏振视觉的组合定向方法 被引量：6

6

作者 范晨 何晓峰 +3 位作者 范颖 胡小平 张礼廉 于化鹏 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期231-236,共6页

本文针对目前偏振视觉定向难以满足三维空间内运动水平姿态变化时的定向需求、动态适应性差以及微惯性系统漂移大的问题,提出了一种基于微惯性/偏振视觉的组合定向方法。首先,为了减少偏振测量噪声,利用标准大气Rayleigh散射模型,给出... 本文针对目前偏振视觉定向难以满足三维空间内运动水平姿态变化时的定向需求、动态适应性差以及微惯性系统漂移大的问题,提出了一种基于微惯性/偏振视觉的组合定向方法。首先,为了减少偏振测量噪声,利用标准大气Rayleigh散射模型,给出了一种基于大气偏振视觉图像的太阳矢量优化估计算法;其次推导了基于卡尔曼滤波的微惯性/偏振视觉组合定向算法,该算法利用微惯性信息对偏振视觉定向进行水平角补偿,可以获得三维空间内的运动姿态并且动态性能高;最后进行了飞行仿真与车载实验验证。实验结果表明,融合微惯性信息补偿水平姿态与组合滤波后,车载航向误差不随时间累积且均方根误差仅为0.75°,与偏振视觉定向相比,定向精度提升可达60%以上。同时在不增加偏振图像计算量的基础上,将定向输出频率从1 Hz提高至100 Hz,显著增强了偏振视觉定向的动态适应性,具有较大的应用前景。 展开更多

关键词 大气偏振光定向 组合导航 卡尔曼滤波 微惯性系统

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基于足部微惯性/地磁测量组件的个人导航方法 被引量：22

7

作者 钱伟行 朱欣华 苏岩 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期567-572,共6页

为降低个人导航定位对卫星导航系统(GNSS)的依赖性,研究了一种基于足部安装微惯性/地磁测量组件的个人导航定位方法。该方法通过微惯性测量组件信息进行捷联惯导解算获得人体足部的姿态、速度与位置信息,利用磁传感器确定运动的航向信息... 为降低个人导航定位对卫星导航系统(GNSS)的依赖性,研究了一种基于足部安装微惯性/地磁测量组件的个人导航定位方法。该方法通过微惯性测量组件信息进行捷联惯导解算获得人体足部的姿态、速度与位置信息,利用磁传感器确定运动的航向信息,并采用基于步态相位检测的零速修正方法,实时修正MEMS惯性导航系统的导航信息误差以及惯性传感器的随机误差,从而减缓惯性导航系统的定位误差随时间的积累。导航定位实验结果表明,直线与矩形行进路线的导航定位误差在行进约9 min时分别保持在2 m与6 m左右,分别占行进距离的1.1%与2.5%。该实验结果证明所提出的方法可有效提高个人导航系统的定位精度,在GNSS信号衰减或失效的环境中可实现较长时间的个人导航定位。 展开更多

关键词 个人导航 微惯性导航系统 磁航向 步态相位检测 零速修正

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微捷联姿态系统的一种扩展卡尔曼滤波方法 被引量：14

8

作者 沈晓蓉 张海 +1 位作者 范耀祖 吴光跃 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期933-935,共3页

采用低精度的微惯性陀螺和加速度计作为微惯性捷联姿态确定系统元件,首先分析了捷联惯性姿态解算的非线性问题和误差累积的原因;根据姿态三角函数关系引入横滚、俯仰角的3个替换变量作为状态变量,并根据状态变量之间的约束方程和运动体... 采用低精度的微惯性陀螺和加速度计作为微惯性捷联姿态确定系统元件,首先分析了捷联惯性姿态解算的非线性问题和误差累积的原因;根据姿态三角函数关系引入横滚、俯仰角的3个替换变量作为状态变量,并根据状态变量之间的约束方程和运动体前向速度测量,建立了捷联惯性姿态的一种扩展卡尔曼滤波模型;采用MTi微惯性捷联测量组合进行实验,将该扩展卡尔曼滤波方法解算载体姿态结果与捷联姿态解算结果相比较,验证了该方法抑制惯性姿态解算累积误差的能力. 展开更多

关键词 微惯性捷联姿态确定系统 约束方程 扩展卡尔曼滤波 累积误差

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激光雷达/MEMS微惯性组合室内导航算法研究 被引量：20

9

作者 李荣冰 王智奇 廖自威 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第12期14-17,21,共5页

激光雷达是一种基于激光扫描测距的精密传感器,是室内自主导航中的环境探测装置。与微机电系统(MEMS)微惯性系统组合,是实现室内载体自主导航的重要途径,激光雷达与惯性系统通常以同步定位与建图(SLAM)的方式运行。针对SLAM算法随环境... 激光雷达是一种基于激光扫描测距的精密传感器,是室内自主导航中的环境探测装置。与微机电系统(MEMS)微惯性系统组合,是实现室内载体自主导航的重要途径,激光雷达与惯性系统通常以同步定位与建图(SLAM)的方式运行。针对SLAM算法随环境特征增多导致的运算量快速增大的问题,设计了限制特征库增长速度的约束条件,提出了以SLAM定位结果为观测量的激光雷达/MEMS惯性的组合导航方案,建立了面向室内平面运动环境的组合滤波模型,搭建了试验验证系统,对算进行了验证,结果表明:所提的激光雷达与微惯性系统的信息融合架构与算法是有效的室内导航方案。 展开更多

关键词 室内导航 微惯性系统 激光雷达 特征匹配 组合导航

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车载GNSS失锁下基于BPNN的微陀螺误差估计及定位方法研究 被引量：4

10

作者 王秋滢 刘凯悦 尹娟 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期1139-1145,共7页

针对在全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)失锁阶段将微陀螺惯性系统作为备用定位系统时,由于微陀螺误差引起的定位误差发散问题,提出了基于后向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)的微陀螺... 针对在全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)失锁阶段将微陀螺惯性系统作为备用定位系统时,由于微陀螺误差引起的定位误差发散问题,提出了基于后向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)的微陀螺误差估计及定位算法。在GNSS有效阶段为车辆提供定位信息,同时对微陀螺误差进行估计,并利用后向传播神经网络BPNN建立微陀螺误差预测模型,为GNSS失锁阶段车辆定位做准备;在GNSS失锁阶段,利用已建立好的微陀螺误差预测模型估计微陀螺误差,对微陀螺输出信息进行补偿,以抑制由陀螺误差引起的定位误差。最后利用仿真与试验验证了此方法的正确性与有效性。 展开更多

关键词 全球导航卫星系统失锁 微陀螺惯性系统 微陀螺误差 预测

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基于雷达的导航信息传递系统设计 被引量：5

11

作者 王立冬 朱进勇 王品 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期386-390,共5页

针对无人机低精度微惯导系统的动态对准和校准的问题,提出了一种基于雷达的母子导航信息传递系统。将雷达及其载体当作一个刚体,设计了基于雷达的母子导航信息传递系统结构;采用雷达被动测向仪和快速求根的对称压缩测向改进算法,对雷达... 针对无人机低精度微惯导系统的动态对准和校准的问题,提出了一种基于雷达的母子导航信息传递系统。将雷达及其载体当作一个刚体,设计了基于雷达的母子导航信息传递系统结构;采用雷达被动测向仪和快速求根的对称压缩测向改进算法,对雷达主瓣波达方向(DOA)进行了估计;基于SystemVue,构建了基于雷达的导航信息传递仿真实验系统。仿真结果表明,基于雷达的方位传递误差≤0.5°,可以满足无人机微惯导系统初始对准和校准精度的要求以及无人机飞行和执行任务的需要。 展开更多

关键词 微惯性导航信息传递系统 雷达被动测向 波达方向 SystemVue

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基于权值矩阵的模糊自适应卡尔曼滤波在组合导航中的应用 被引量：10

12

作者 王耀南 邓霞 赵伟 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第3期334-338,共5页

针对自主驾驶车辆长时间导航精度要求难以满足的问题,建立了GPS与微惯性导航系统的组合导航滤波模型,在位置观测的同时引入姿态信息,提高了导航精度。在此基础上提出了基于权值矩阵的模糊自适应卡尔曼滤波算法,该算法通过模糊控制器自... 针对自主驾驶车辆长时间导航精度要求难以满足的问题,建立了GPS与微惯性导航系统的组合导航滤波模型,在位置观测的同时引入姿态信息,提高了导航精度。在此基础上提出了基于权值矩阵的模糊自适应卡尔曼滤波算法,该算法通过模糊控制器自适应地改变每个观测量的权值,得到权值矩阵引入卡尔曼滤波器实现自适应滤波。仿真和实验结果表明,所提出的权值矩阵模糊卡尔曼滤波性能优于衰减因子自适应卡尔曼滤波,特别是在GPS信号失真及噪声先验统计特性不可知的情况下,其定位精度能够保证在1m之内。 展开更多

关键词 组合导航 微惯性导航系统 权值矩阵 自适应卡尔曼滤波

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改进卡尔曼滤波的井下组合导航定位算法 被引量：10

13

作者 芦宝娟 赵大磊 徐广允 《计算机应用与软件》 北大核心 2022年第3期139-145,共7页

为解决井下人员定位算法定位精度不高的问题,提出基于微惯性导航系统和无线传感器网络的井下组合导航定位算法。通过井下无线网络、惯性定位终端采集相关信息数据,利用行人航迹推算算法和改进加权质心定位算法分别估算出目标点的坐标和... 为解决井下人员定位算法定位精度不高的问题,提出基于微惯性导航系统和无线传感器网络的井下组合导航定位算法。通过井下无线网络、惯性定位终端采集相关信息数据,利用行人航迹推算算法和改进加权质心定位算法分别估算出目标点的坐标和速度。将这两种算法通过正弦余弦蝙蝠融合算法优化后的卡尔曼滤波组合导航定位,估算出目标点最终的位置坐标。实验结果表明:该组合导航定位算法平均定位误差为1.71 m,其定位精度高于传统质心定位算法和行人航迹推算算法。 展开更多

关键词 微惯性导航系统 无线传感器网络 行人航迹推算 加权质心定位 正弦余弦算法 蝙蝠算法 卡尔曼滤波 井下组合导航定位算法

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基于位姿图优化的MEMS-INS/GNSS行人融合定位方法 被引量：8

14

作者 闵涛 罗小勇 +2 位作者 高峰 李杨寰 吴学忠 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期40-47,共8页

为了实现消防救援、反恐作战等应急任务复杂场景下行人的室内外无缝定位,提出了一种基于位姿图优化的综合利用微惯性导航系统和全球卫星导航系统的融合定位方法。首先利用经典的EKF滤波算法实现微惯导和卫导融合定位,结合卫导长期精度... 为了实现消防救援、反恐作战等应急任务复杂场景下行人的室内外无缝定位,提出了一种基于位姿图优化的综合利用微惯性导航系统和全球卫星导航系统的融合定位方法。首先利用经典的EKF滤波算法实现微惯导和卫导融合定位,结合卫导长期精度较高、误差稳定和不随时间累积的优点以及微惯导短时精度高、输出连续、自主定位的优点,实现行人在复杂环境中的室内外无缝定位。在此基础上,提出了一种图优化结合EKF的融合定位新框架,利用卫导定位终端和足部微惯导定位模块进行了实验,比较EKF、图优化-EKF两种算法的融合定位效果。实验结果显示,面对室内外复杂环境,单纯的EKF算法融合定位轨迹航向偏差较大,图优化-EKF算法在轨迹方向保持性上表现更佳,相比EKF算法其融合定位轨迹航向误差减小了48.87%,位姿图优化-EKF算法具有更好的全局稳定性和航向精准度,显著降低了卫星测量异常值对融合定位结果的影响。 展开更多

关键词 微惯性导航系统 全球卫星导航系统 行人定位 EKF 图优化

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