重构小波阈值的微机电系统-惯性测量单元降噪处理 被引量：9

1

作者 王晓初 周思杰 +1 位作者 王义 张思华 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第20期8509-8514,共6页

针对随机误差对微机电系统-惯性测量单元(micro electro mechanical systems-inertial measurement unit,MEMS-IMU)输出数据精度的影响,利用离散小波变换可降噪的特点,对MEMS-IMU数据进行降噪处理。在小波降噪过程中,阈值的估计以及阈... 针对随机误差对微机电系统-惯性测量单元(micro electro mechanical systems-inertial measurement unit,MEMS-IMU)输出数据精度的影响,利用离散小波变换可降噪的特点,对MEMS-IMU数据进行降噪处理。在小波降噪过程中,阈值的估计以及阈值函数的选取直接关系到降噪的质量,构建一个新的阈值函数,通过调节阈值函数中的比例因子,解决传统多重小波分解重构在降噪方面的不足。实测数据的处理结果表明:在小波降噪过程中,新的阈值函数能够有效抑制MEMS-IMU中随机误差的影响,与传统小波降噪相比,新的阈值函数降噪后,信号具有更佳的平滑度,能够有效提高捷联惯性导航系统的定位定姿精度。 展开更多

关键词 微机电系统-惯性测量单元(mems-imu) 离散小波变换 小波降噪 阈值函数

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基于FPGA的阵列式MEMS惯性测量单元的采集系统设计 被引量：2

2

作者 张磊 曹乐 +2 位作者 阚秀 张夏丰 魏德轩 《导航定位学报》 CSCD 2022年第3期123-129,共7页

针对阵列式微机电系统(MEMS)惯性测量单元数据采集需要实时性、高精度和高同步性问题,选取ICM20602六轴MEMS惯性测量单元构建阵列式惯性测量单元。采用基于现场可编程门阵列(FPGA)的同步并发方法实现同步数据采集,结合均值融合算法有效... 针对阵列式微机电系统(MEMS)惯性测量单元数据采集需要实时性、高精度和高同步性问题,选取ICM20602六轴MEMS惯性测量单元构建阵列式惯性测量单元。采用基于现场可编程门阵列(FPGA)的同步并发方法实现同步数据采集,结合均值融合算法有效降低系统噪声水平,并使用阿伦方差进行随机误差辨识。实验结果表明,该系统实现了稳定可靠的阵列式MEMS惯性测量单元数据采集,能够显著降低随机误差的影响,为低成本惯性导航系统提供一种有效设计方案。 展开更多

关键词 微机电系统 惯性测量单元 现场可编程门阵列 均值融合 数据采集 阿伦方差

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微惯性测量单元的误差整机标定和补偿 被引量：12

3

作者 代刚 李枚 +1 位作者 苏伟 邵贝贝 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1620-1626,共7页

提出了微惯性测量单元(MIMU)在高动态、高过载复杂应用条件下的误差整机标定和补偿方法。首先,建立了高动态,高过载复杂应用条件下MIMU的误差模型,该模型包括了结构误差,传感器安装误差和MEMS惯性传感器在复杂条件对精度影响较大的误差... 提出了微惯性测量单元(MIMU)在高动态、高过载复杂应用条件下的误差整机标定和补偿方法。首先,建立了高动态,高过载复杂应用条件下MIMU的误差模型,该模型包括了结构误差,传感器安装误差和MEMS惯性传感器在复杂条件对精度影响较大的误差项,指零位温度漂移、互耦误差、刻度因子非线性和微陀螺加速度效应误差;根据模型提出了整机标定补偿方法,该方法可以标定MIMU的63个误差系数,并且不需要对单个传感器进行标定。然后,介绍了利用最小二乘法对模型进行误差系数标定的方法和步骤,并对自研的MIMU进行了标定。最后,通过飞行实验对MIMU进行了验证。结果表明,使用该方法使定位精度提高了一个数量级,基本满足MIMU在高动态、高过载条件下的精度要求。 展开更多

关键词 微惯性测量单元(MIMU) 微机电系统(MEMS) 误差分析 整体标定 误差补偿

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基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计 被引量：7

4

作者 杨文华 石存杰 +2 位作者 秦洪武 王启唐 李正盛 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第1期121-124,共4页

为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中... 为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。 展开更多

关键词 汽车姿态 微机电系统 微惯性测量单元 标定 误差模型

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9轴MEMS-IMU实时姿态估算算法 被引量：10

5

作者 张金艺 徐德政 +2 位作者 李若涵 陈兴秀 徐秦乐 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期547-559,共13页

随着对微机电系统一惯性测量单元(micro-electro-mechanical system-inertial measurement unit,MEMS-IMU)在室内定位、动态追踪等应用领域中的需求日益迫切,使得具有高精度、低成本和实时性的MEMS-IMU模块设计成为研究热点.针对MEMS-IM... 随着对微机电系统一惯性测量单元(micro-electro-mechanical system-inertial measurement unit,MEMS-IMU)在室内定位、动态追踪等应用领域中的需求日益迫切,使得具有高精度、低成本和实时性的MEMS-IMU模块设计成为研究热点.针对MEMS-IMU的核心技术——姿态估算进行研究,设计了一种基于四元数的9轴MEMS-IMU实时姿态估算算法.该算法运用分解四元数算法处理加速度和磁感应强度数据,计算出静态四元数;通过角速度与四元数的微分关系估算动态四元数;运用卡尔曼滤波融合动、静态四元数,进而实现实时姿态估算.针对分解四元数算法中存在的奇异值问题,提出了转轴补偿方法对其修正,以实现全姿态估算;考虑动态情况下的非线性加速度分量对姿态估算精度的影响,设计了R自适应卡尔曼滤波器,以进一步提高姿态估算算法的精度.验证结果表明,R自适应卡尔曼滤波器能够有效抑制加速度噪声,提高姿态估算精度;同时,转轴补偿-分解四元数算法能够准确估算奇异值点的姿态信息,并且计算时间仅为原"借角"补偿方法的50%左右,有效提高了整体算法的实时性. 展开更多

关键词 微机电系统-惯性测量单元 姿态估算 分解四元数算法 奇异值补偿 卡尔曼滤波

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MEMS传感器的惯性测量模块的设计与初始校准 被引量：15

6

作者 王建东 刘云辉 +1 位作者 樊玮虹 范才智 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2006年第10期82-85,共4页

设计了一种基于微机电系统(MEMS)传感器的惯性测量模块,它包括三轴加速度计、三轴陀螺和三轴磁阻传感器。这种惯性测量模块具有体积小、功耗低、成本低的优点,可以方便地用在微小机器人定位系统以及空中机器人控制系统中。详细分析了模... 设计了一种基于微机电系统(MEMS)传感器的惯性测量模块,它包括三轴加速度计、三轴陀螺和三轴磁阻传感器。这种惯性测量模块具有体积小、功耗低、成本低的优点,可以方便地用在微小机器人定位系统以及空中机器人控制系统中。详细分析了模块的误差来源,提出了模块中三轴加速度计的非正交误差模型。并运用基于Newton迭代的方法实现了一种自动初始校准算法。实验结果表明:这种自动初始校准算法可以有效地消除该模块的固定偏差、比例误差和非正交误差。 展开更多

关键词 微机电系统 惯性测量单元 NEWTON迭代 自动初始校准

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微惯性仪表技术的研究与发展 被引量：12

7

作者 丁衡高 王寿荣 +4 位作者 黄庆安 裘安萍 万德钧 周百令 苏岩 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2001年第4期46-49,73,共5页

论述了当前国内外微惯性仪表设计和制造技术的研究与发展,强调了对相关基础理论研究的重要性,提出了计算机集成微制造单元的概念。

关键词 微惯性仪表 微机械陀螺 计算机集成微制造单元 微惯性测量组合 微机电系统

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基于MEMS和GPS的驾驶行为和车辆状态监测系统设计 被引量：6

8

作者 秦洪武 石存杰 刘军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第9期79-82,共4页

为了适应智能车辆辅助驾驶系统对驾驶和车辆状态监测的要求,利用MEMS惯性传感器自主设计了微惯性测量单元,并结合GPS设计了一种驾驶行为和车辆状态监测系统,实现对驾驶员操纵动作的感知、汽车6自由度运动状态参数和汽车运行车速的实时... 为了适应智能车辆辅助驾驶系统对驾驶和车辆状态监测的要求,利用MEMS惯性传感器自主设计了微惯性测量单元,并结合GPS设计了一种驾驶行为和车辆状态监测系统,实现对驾驶员操纵动作的感知、汽车6自由度运动状态参数和汽车运行车速的实时监测。介绍了MEMS传感器的选型,设计,安装和布置。实车道路实验结果表明:系统对驾驶员踩踏刹车踏板、离合器踏板和变换档位的操纵动作的感知效果较好,侧向加速度和方向盘转角的理论识别曲线与实车实验曲线在趋势上比较吻合。该系统为开发驾驶人员操纵动作自动识别系统提供理论基础和技术支持,也可为提高汽车行驶性和安全性提供重要的理论依据和工程应用指导。 展开更多

关键词 微机电系统 微惯性测量单元 全球定位系统 驾驶行为 状态监测

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MIMU精度对GNSS/MINS组合导航系统性能影响仿真分析 被引量：3

9

作者 刘刚 郭美凤 +2 位作者 张嵘 彭卓 罗寿红 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期786-791,共6页

GNSS/MINS组合导航系统具有全天候、高动态、误差不随时间累积、连续高速输出导航参数的优点,但目前高精度MEMS IMU价格太高,限制了GNSS/MINS组合导航系统的应用范围。使用低精度MIMU辅助GNSS,容易导致GNSS基带跟踪环路失锁。为了找出M... GNSS/MINS组合导航系统具有全天候、高动态、误差不随时间累积、连续高速输出导航参数的优点,但目前高精度MEMS IMU价格太高,限制了GNSS/MINS组合导航系统的应用范围。使用低精度MIMU辅助GNSS,容易导致GNSS基带跟踪环路失锁。为了找出MIMU精度与GNSS基带跟踪环路稳定性之间的关系,通过航迹发生器产生不同精度MIMU输出数据,通过GNSS模拟器产生GNSS中频数据,仿真测试不同精度MIMU辅助下GNSS基带跟踪环路稳定性。仿真结果表明,用于GNSS/MINS标量深组合导航系统的MIMU陀螺零偏稳定性应优于570(°)/h,加速度计零偏稳定性应优于19 mg,如果MIMU精度低于如上指标,则只能进行松组合或者紧组合,该结果具有工程指导意义。 展开更多

关键词 微机电惯性测量单元 全球卫星导航系统 标量深组合 零偏稳定性 环路稳定性

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行人导航系统设计与IMU模块数据预处理 被引量：3

10

作者 王建东 刘云辉 +1 位作者 宋宝泉 蔡宣平 《电测与仪表》 北大核心 2006年第11期19-22,共4页

设计了一种具有数据采集、数据处理以及显示终端的行人导航系统,其中的惯性测量模块采用了基于微机电系统的传感器,它包括三轴加速度传感器、三轴陀螺和三轴磁阻传感器。这种惯性测量模块具有体积小、功耗低、成本低的优点。详细分析了... 设计了一种具有数据采集、数据处理以及显示终端的行人导航系统,其中的惯性测量模块采用了基于微机电系统的传感器,它包括三轴加速度传感器、三轴陀螺和三轴磁阻传感器。这种惯性测量模块具有体积小、功耗低、成本低的优点。详细分析了行人导航系统的误差来源,提出了三轴加速度传感器和三轴磁场传感器的非正交误差模型。并运用基于最小二乘的方法实现了一种自动初始校准算法。实验结果表明,这种自动初始校准算法可以有效地消除了该模块的固定偏差、比例误差以及非正交误差。 展开更多

关键词 行人导航系统 微机电系统 惯性测量单元 初始校准

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一种FMCW InSAR系统时变基线估计方法

11

作者 付希凯 向茂生 +2 位作者 汪丙南 蒋帅 杨玉 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期1024-1029,共6页

FMCW InSAR系统由于载机平台高度低,气流扰动严重,位置和姿态变化大,且微机电系统惯性测量单元(MEMS IMU)测量精度低,导致系统出现较大的时变基线,严重影响数字高程模型(DEM)精度。针对这一问题,该文提出了一种FMCW InSAR系统的时变基... FMCW InSAR系统由于载机平台高度低,气流扰动严重,位置和姿态变化大,且微机电系统惯性测量单元(MEMS IMU)测量精度低,导致系统出现较大的时变基线,严重影响数字高程模型(DEM)精度。针对这一问题,该文提出了一种FMCW InSAR系统的时变基线估计方法。首先利用双通道单视复图像数据,估计出各个距离门内的时变基线导数,然后建立时变基线的距离向空变模型,利用随机抽样一致性检验的方法对模型进行求解,解得水平和垂直向的时变基线导数值,对其积分得到时变基线值。最后通过FMCW InSAR实际数据对时变基线进行估计,并与高精度位置和姿态测量系统(POS)记录的数据进行对比,验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 FMCW INSAR 轻小型载机平台 时变基线 微机电系统 惯性测量单元

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基于冗余测量信息的阵列式IMU设计 被引量：2

12

作者 魏德轩 曹乐 +2 位作者 张夏丰 张磊 刘乐远 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第2期80-83,共4页

针对单个微机电系统(MEMS)陀螺仪精度低、可靠性差的问题,基于冗余测量信息设计了阵列惯性测量单元(IMU)硬件平台,并利用迭代重加权最小二乘法(IRLS)对扩展卡尔曼滤波(EKF)融合算法进行了改进。首先,根据惯性器件的误差特性及冗余测量... 针对单个微机电系统(MEMS)陀螺仪精度低、可靠性差的问题,基于冗余测量信息设计了阵列惯性测量单元(IMU)硬件平台,并利用迭代重加权最小二乘法(IRLS)对扩展卡尔曼滤波(EKF)融合算法进行了改进。首先,根据惯性器件的误差特性及冗余测量可靠性确定了IMU数量,并设计了同轴反向、平行正交的阵列IMU硬件平台;然后,结合受力分析,使用IRLS对数据进行降维融合,解决了使用EKF融合算法时,由于矩阵维数高导致求逆运算复杂和受离群值影响导致融合精度下降的问题;最后,通过实验和仿真证明:阵列IMU的随机误差比单个IMU降低了3~5倍;当出现离群测量值时,阵列IMU仍能保证较高的精度,具有较高的可靠性。 展开更多

关键词 微机电系统陀螺仪 阵列惯性测量单元 迭代重加权最小二乘法 冗余融合

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机械振动应力下IMU内MEMS传感器的抗振研究 被引量：6

13

作者 王晓初 郭帅良 +3 位作者 刘玉县 张谦 李宾 范耀华 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第6期33-36,共4页

针对惯性测量单元(IMU)内部微机电系统(MEMS)传感器粘固在印刷电路板(PCB)上,外界载体产生的机械振动使其受迫振动,长时间作用会引发传感器机械疲劳、结构断裂以及性能退化等问题,根据结构动力学原理,分析双自由度系统模型,并运用MATLA... 针对惯性测量单元(IMU)内部微机电系统(MEMS)传感器粘固在印刷电路板(PCB)上,外界载体产生的机械振动使其受迫振动,长时间作用会引发传感器机械疲劳、结构断裂以及性能退化等问题,根据结构动力学原理,分析双自由度系统模型,并运用MATLAB软件进行仿真,以找出影响因素及其设定范围;同时,保证在加速度计带宽范围内的信号1︰1传递给加速度计。研究结果表明:载体机械振动信号在10 kHz范围内时,适当降低陀螺仪和加速度计的品质因数,PCB的固有频率保持在1kHz以内以及其品质因数不大于10,可有效降低振动应力对传感器的影响。 展开更多

关键词 惯性测量单元 微机电系统(MEMS)传感器 双自由度 增强抗振 加速度计带宽 MATLAB仿真

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基于微惯导随机误差时间序列建模的改进组合导航方法 被引量：3

14

作者 王鼎杰 吕汉峰 吴杰 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期64-69,共6页

针对低精度、低成本微机电惯性测量单元随机误差建模效果不理想会极大影响组合导航性能的难题,采用时间序列分析方法建立了微机电惯性测量单元随机误差的自回归滑动平均模型,通过对卡尔曼滤波器的状态变量进行增广,建立系统动力学方程... 针对低精度、低成本微机电惯性测量单元随机误差建模效果不理想会极大影响组合导航性能的难题,采用时间序列分析方法建立了微机电惯性测量单元随机误差的自回归滑动平均模型,通过对卡尔曼滤波器的状态变量进行增广,建立系统动力学方程和观测方程,实现对零偏误差的在线估计。实测数据分析验证了该随机误差建模的有效性。实测数据处理结果表明,该方法能够显著提高低成本微惯性解算外推精度,增强微惯性/卫星组合导航可靠性。 展开更多

关键词 微机电系统 惯性测量单元 随机建模 自回归滑动平均 扩展卡尔曼滤波

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GNSS拒止环境下的手机车载定位研究 被引量：4

15

作者 丁龙阳 旷俭 +1 位作者 陈起金 牛小骥 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1712-1719,共8页

针对地下车库这类卫星定位失效场景下的手机端车辆定位问题,本文研究了利用车辆非完整性约束(nonholonomic constraints,NHC)和磁航向辅助惯导自主推算的定位方案。基于智能手机传感器,比较了在没有全球卫星导航系统(global navigation ... 针对地下车库这类卫星定位失效场景下的手机端车辆定位问题,本文研究了利用车辆非完整性约束(nonholonomic constraints,NHC)和磁航向辅助惯导自主推算的定位方案。基于智能手机传感器,比较了在没有全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)辅助的条件下,补偿手机安装角和NHC杆臂、在线估计手机安装角和非完整性约束杆臂以及磁航向修正对定位精度的影响,并在2种典型的地下车库(多转弯和长直线)中进行了测试实验。实验结果表明:多转弯轨迹相比长直线轨迹更有利于非完整性约束性能的发挥;在多转弯场景中,在线估计手机安装角和非完整性约束杆臂并进行补偿的方案取得了最好的定位精度;在卫星信号中断500 m条件下,终点平面位置相对测量误差仅为1.66%;在长直线场景中,加入磁航向修正的方案定位精度最高;在卫星信号中断800 m条件下,终点平面位置相对测量误差为10.56%。 展开更多

关键词 全球卫星导航系统中断 微机电系统惯性测量单元 智能手机 车辆定位 磁力计 非完整性约束 手机安装角 非完整性约束杆臂

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