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九轴MEMS微型AHRS设计及其在矢量水听器中的应用 被引量:1
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作者 王文龙 田德艳 +2 位作者 崔宝龙 袁猛 姜兆祯 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期468-474,共7页
为了精确测量矢量水听器的姿态,设计了一种体积为20 mm×20 mm×5 mm、重量为1.8 g的微型航姿参考系统(AHRS)。利用微机电系统(MEMS)陀螺仪测定角速度,用四元数等效旋转矢量算法求解姿态角;采用扩展卡尔曼滤波器对姿态角估计值... 为了精确测量矢量水听器的姿态,设计了一种体积为20 mm×20 mm×5 mm、重量为1.8 g的微型航姿参考系统(AHRS)。利用微机电系统(MEMS)陀螺仪测定角速度,用四元数等效旋转矢量算法求解姿态角;采用扩展卡尔曼滤波器对姿态角估计值进行修正,并估计出MEMS陀螺仪的角速度漂移量。测试结果表明,所提AHRS的俯仰、横滚和航向角误差均方根值分别为0.04°、0.04°和0.34°。最后,将AHRS集成到矢量水听器中,并在加窗直方图统计波达方向估计算法中加入姿态修正。海上实验结果表明,对于航速为8 kn的目标船,经AHRS修正后的单矢量水听器方位角误差均方根值约为3.8°,减小了平台运动导致的方位测量误差。 展开更多
关键词 姿参考系统 扩展卡尔曼滤波器 矢量水听器 波达方向估计
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捷联惯性航姿系统中的模糊内阻尼算法研究 被引量:18
2
作者 杜亚玲 刘建业 +1 位作者 刘瑞华 孙永荣 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期274-278,共5页
舒勒周期振荡和傅科周期振荡会影响捷联惯性航姿系统的精度。本文将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中,通过设计水平回路中的三阶内阻尼网路,利用系统本身的速度信息来阻尼周期振荡。由于改变了舒拉调整条件,内阻尼算法... 舒勒周期振荡和傅科周期振荡会影响捷联惯性航姿系统的精度。本文将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中,通过设计水平回路中的三阶内阻尼网路,利用系统本身的速度信息来阻尼周期振荡。由于改变了舒拉调整条件,内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用。文中根据模糊理论对三轴加速度计的输出分析系统运动状态,判别是否能够使用内阻尼网路。仿真和实验证明,模糊内阻尼算法明显抑制了舒勒周期振荡和傅科周期振荡,有效提高了捷联惯性航姿系统精度。 展开更多
关键词 捷联惯性姿系统 舒勒周期振荡 傅科周期振荡 阻尼 模糊理论
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基于卡尔曼滤波器的数字式捷联航姿系统算法设计 被引量:24
3
作者 汪芳 朱少华 雷宏杰 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2008年第2期208-211,共4页
提出了一种基于卡尔曼滤波器的捷联航姿算法,利用加速度及磁航向作为观测量,结合四元数微分方程,采用信息融合手段对姿态信息及陀螺漂移进行修正。半实物仿真结果证明,该算法合理可行,达到了预期效果,为新型数字捷联式航姿系统研发奠定... 提出了一种基于卡尔曼滤波器的捷联航姿算法,利用加速度及磁航向作为观测量,结合四元数微分方程,采用信息融合手段对姿态信息及陀螺漂移进行修正。半实物仿真结果证明,该算法合理可行,达到了预期效果,为新型数字捷联式航姿系统研发奠定了基础。 展开更多
关键词 捷联 姿系统 四元数 卡尔曼滤波器
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基于低成本IMU的捷联航姿系统软件设计与实现 被引量:9
4
作者 王玲玲 富立 陈三 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期379-382,387,共5页
在已设计好的捷联航姿系统硬件平台基础上,集传感器信息处理模块、航姿解算模块和信息融合模块于一体,综合设计了基于低成本IMU的捷联航姿系统软件算法。特别是在信息融合模块中采用了基于模糊推理的变加权系数多传感器信息融合算法,从... 在已设计好的捷联航姿系统硬件平台基础上,集传感器信息处理模块、航姿解算模块和信息融合模块于一体,综合设计了基于低成本IMU的捷联航姿系统软件算法。特别是在信息融合模块中采用了基于模糊推理的变加权系数多传感器信息融合算法,从而实现对惯性数据的融合,减小了系统随时间积累的航姿误差,保证航姿系统的精度指标满足要求(静态航姿精度±1.0°,动态航姿精度±2.5°)。软件算法的验证采用低成本MT9-B惯性测量组件的实测数据分别进行了静、动态实验。实验结果表明,所设计的软件算法可时实进行低成本陀螺的零偏估计与补偿,并能准确地进行多传感器信息融合,从而能够有效地提高系统的航姿精度。 展开更多
关键词 捷联姿系统 四元数 姿解算 模糊推理 信息融合 软件设计
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航姿参考系统中一种自适应卡尔曼滤波算法 被引量:11
5
作者 田易 孙金海 +1 位作者 李金海 阎跃鹏 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期103-107,122,共6页
在航姿参考系统测量载体姿态的过程中,由于观测噪声不确定,严重影响了常规卡尔曼滤波结果的精度.另外,当系统受到干扰而使观测噪声突然改变时,甚至会导致滤波发散.提出一种航姿参考系统自适应卡尔曼滤波算法,能够根据观测数据来自适应... 在航姿参考系统测量载体姿态的过程中,由于观测噪声不确定,严重影响了常规卡尔曼滤波结果的精度.另外,当系统受到干扰而使观测噪声突然改变时,甚至会导致滤波发散.提出一种航姿参考系统自适应卡尔曼滤波算法,能够根据观测数据来自适应调整观测噪声,从而提高卡尔曼滤波精度,改善系统的鲁棒性.仿真表明,当观测噪声时变时,常规卡尔曼滤波结果明显发散,而新自适应卡尔曼滤波结果收敛良好,在系统计算复杂度没有明显增加的前提下,系统的稳定性得到了明显提高. 展开更多
关键词 姿参考系统 自适应滤波 卡尔曼滤波 模糊控制
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航姿系统内阻尼的模糊自适应滤波算法 被引量:10
6
作者 刘建业 杜亚玲 +1 位作者 祝燕华 李荣冰 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期137-142,共6页
平台式惯性航姿系统的内阻尼算法通过阻尼网络将自身的速度信息加到系统中,达到提高姿态精度的目的。本文将该思想引入到捷联式惯性航姿系统中,在系统加速度较小时,利用加速度计的输出估计系统姿态角,通过卡尔曼滤波的形式补偿姿态误差... 平台式惯性航姿系统的内阻尼算法通过阻尼网络将自身的速度信息加到系统中,达到提高姿态精度的目的。本文将该思想引入到捷联式惯性航姿系统中,在系统加速度较小时,利用加速度计的输出估计系统姿态角,通过卡尔曼滤波的形式补偿姿态误差。由于内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用,本文设计了模糊自适应控制器,根据三轴加速度计的输出进行自适应判断内阻尼算法是否可用,调整内阻尼卡尔曼滤波器的量测误差方差阵,从而避免了滤波器的发散。仿真和实验表明,内阻尼的模糊自适应算法可明显抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡,避免了系统姿态漂移,有效提高了捷联惯性航姿系统的精度。 展开更多
关键词 捷联惯性姿系统 阻尼 模糊自适应控制器 卡尔曼滤波
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旋转IMU在光纤捷联航姿系统中的应用 被引量:33
7
作者 王其 徐晓苏 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2007年第3期265-268,共4页
惯性测量单元输出信号的精度直接影响捷联惯性导航系统的精度,为了提高捷联系统的精度,以舰船光纤捷联惯性航姿系统为应用对象,采用了双轴旋转机构连续匀速旋转IMU的系统方法,把惯性测量单元输出信号中的漂移误差调制成正弦信号,通过捷... 惯性测量单元输出信号的精度直接影响捷联惯性导航系统的精度,为了提高捷联系统的精度,以舰船光纤捷联惯性航姿系统为应用对象,采用了双轴旋转机构连续匀速旋转IMU的系统方法,把惯性测量单元输出信号中的漂移误差调制成正弦信号,通过捷联算法中的积分运算可以有效地消除陀螺和加速度计中的漂移误差,从而有效地提高捷联惯性航姿系统的精度,并进行了系统仿真实验。仿真结果表明:经过旋转以后的IMU输出信号误差较传统非旋转方法可以减小一个数量级。基于双轴旋转IMU的系统方法可以有效地减小IMU输出信号漂移误差和提高捷联惯性航姿系统的精度。 展开更多
关键词 捷联姿系统 双轴旋转 光纤陀螺仪 惯性测量单元
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惯导/GNSS/罗兰C/航姿系统组合导航方案 被引量:16
8
作者 吴美平 胡小平 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2000年第3期12-16,共5页
为保证飞行器的导航精度及可靠性 ,采用了惯导 /GNSS/罗兰 C/航姿系统的组合导航。该组合导航采用开环组合方式 ,将多系统导航信息在计算机中进行综合 ,提高导航信息精度。仿真试验结果说明 ,所设计的组合导航系统是可行的 。
关键词 组合导 惯导 GNSS 罗兰C 姿系统
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舰船捷联航姿系统自主粗对准仿真与实验研究 被引量:13
9
作者 徐博 孙枫 高伟 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期1467-1473,共7页
对舰船光纤捷联航姿系统的粗对准技术进行研究,列出3种粗对准方法:传统的解析式粗对准、二阶调平方位估算和凝固解析式粗对准,给出了其推导过程,第3种方法的最大特点是基于重力加速度信息在惯性坐标系内积分得到姿态矩阵。完成了大量的... 对舰船光纤捷联航姿系统的粗对准技术进行研究,列出3种粗对准方法:传统的解析式粗对准、二阶调平方位估算和凝固解析式粗对准,给出了其推导过程,第3种方法的最大特点是基于重力加速度信息在惯性坐标系内积分得到姿态矩阵。完成了大量的仿真工作,进行了静基座、摇摆基座的仿真与分析,并将后两种方法嵌入到实际的光纤捷联系统中,进行了系泊实船试验,从工程应用的角度对其进行了验证。实验证明凝固解析式方法可以有效地实现舰船在摇摆晃动基座下的粗对准,完全可以在其基础上进行精对准。 展开更多
关键词 信息处理技术 捷联姿系统 解析式粗对准 方位估算 凝固解析式粗对准
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MEMS旋转调制式航姿参考系统设计及误差补偿 被引量:5
10
作者 徐烨烽 仇海涛 +1 位作者 何孟珂 孟庆季 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期691-696,共6页
为了实现中精度、低成本的航姿参考系统,提出了一种基于低精度MEMS(Micro Elec-tronic Mechanical System)陀螺旋转调制技术的解决方案,研究了陀螺的刻度系数误差以及比例敏感漂移在旋转调制下的特性,分析了旋转调制技术可能引入的新误... 为了实现中精度、低成本的航姿参考系统,提出了一种基于低精度MEMS(Micro Elec-tronic Mechanical System)陀螺旋转调制技术的解决方案,研究了陀螺的刻度系数误差以及比例敏感漂移在旋转调制下的特性,分析了旋转调制技术可能引入的新误差,如旋转分解误差,涡动误差等;针对各种不同的误差源,给出了相应的误差补偿方法及补偿结果。实验结果表明,经误差补偿后,旋转调制可以将MEMS陀螺的精度提高近30倍,利用漂移为30°/h的MEMS陀螺可以实现优于1°/h的航姿保持精度。 展开更多
关键词 飞行器控制、导技术 旋转调制 姿参考系统 误差模型 微机电系统 陀螺
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一种适用于高动态制导飞行的大气航姿系统算法 被引量:5
11
作者 朱少华 汪芳 +1 位作者 郭志想 雷宏杰 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2011年第4期14-16,共3页
为解决高动态制导飞行条件下航姿系统的可用性,从工程应用角度提出一种新的大气航姿自适应滤波算法,采用大气数据信息剔除滤波量测中的运动加速度,解决了内阻尼航姿算法在载体高动态机动时不能正确修正姿态的问题。基于MEMS惯性器件的... 为解决高动态制导飞行条件下航姿系统的可用性,从工程应用角度提出一种新的大气航姿自适应滤波算法,采用大气数据信息剔除滤波量测中的运动加速度,解决了内阻尼航姿算法在载体高动态机动时不能正确修正姿态的问题。基于MEMS惯性器件的大气航姿系统跑车试验结果证明,该算法合理可行,具有很好的鲁棒性,可以为高动态运动载体提供准确的姿态/航向信息。 展开更多
关键词 大气姿系统 高动态 自适应卡尔曼滤波器 MEMS
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微小型航姿测量系统及其数据融合方法 被引量:20
12
作者 张丽杰 常佶 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期307-311,共5页
以小型无人机航姿测量系统的微小型化为背景,利用MEMS惯性测量元件研制了一种低成本微型航姿测量系统。针对MEMS器件用于载体航姿测量时精度低、易发散的问题,提出一种计算量小、实时性强的加速度信息、磁场强度信息、陀螺信息的融合方... 以小型无人机航姿测量系统的微小型化为背景,利用MEMS惯性测量元件研制了一种低成本微型航姿测量系统。针对MEMS器件用于载体航姿测量时精度低、易发散的问题,提出一种计算量小、实时性强的加速度信息、磁场强度信息、陀螺信息的融合方法。采用卡尔曼滤波器对系统的俯仰角、滚转角和航向角的误差进行最优估计;设计数据融合的判别准则,并根据判据的判断结果调整卡尔曼滤波器中的量测信息,使系统可用于小型无人机的定高自主飞行。实验结果表明,系统输出航姿的更新频率可达100 Hz,航姿测量误差小于0.6°,航姿标准差小于0.09°;将其应用于某小型固定翼飞行器的飞行控制系统中进行自主飞行实验,完成了预定的飞行任务。 展开更多
关键词 小型无人机 姿测量 微机电系统 数据融合 卡尔曼滤波
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基于MEMS器件的旋转调制式航姿参考系统设计 被引量:4
13
作者 徐烨烽 吕妍红 仇海涛 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1343-1347,共5页
为实现中精度、低成本的航姿测量系统,提出了一种基于低精度MEMS(Mi-cro Electronic Mechanical System)陀螺旋转调制技术的解决方案.系统采用四元数及三子样法进行航姿解算,可选用全自主及快速两种对准模式.全自主对准采用基于速度观测... 为实现中精度、低成本的航姿测量系统,提出了一种基于低精度MEMS(Mi-cro Electronic Mechanical System)陀螺旋转调制技术的解决方案.系统采用四元数及三子样法进行航姿解算,可选用全自主及快速两种对准模式.全自主对准采用基于速度观测的Kalman滤波方案,利用30(°)/h的MEMS陀螺可实现优于5°的航向对准精度;快速对准时航向角由磁场计提供,经磁罗差补偿后航向精度优于0.4°.静态及动态实验结果表明:旋转调制可将MEMS陀螺的精度提高30倍左右,系统在1 h内的航姿保持精度优于1°. 展开更多
关键词 姿参考系统 微机电系统 初始对准 磁罗盘 罗差
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光纤捷联航姿基准系统的设计与实现 被引量:4
14
作者 王宇 王庆 +1 位作者 吴峻 万德钧 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2007年第2期128-131,共4页
针对光纤陀螺仪及捷联系统的特点,研究并实现了一种基于光纤陀螺仪的捷联航姿基准系统。以PC/104作为导航计算机,采用I/F转换回路及计数线路构成加速度计的数字信号采集系统,采用智能多串口线路完成各模块之间的通讯任务,构成捷联式航... 针对光纤陀螺仪及捷联系统的特点,研究并实现了一种基于光纤陀螺仪的捷联航姿基准系统。以PC/104作为导航计算机,采用I/F转换回路及计数线路构成加速度计的数字信号采集系统,采用智能多串口线路完成各模块之间的通讯任务,构成捷联式航姿基准系统原理样机。在此基础上,设计了系统的机械编排方案、传感器的误差补偿方案和闭环卡尔曼滤波器。样机的测试结果表明:样机满足系统设计要求,在温控环境中,其精度优于基于挠性陀螺仪的捷联航姿系统。 展开更多
关键词 光纤陀螺仪 捷联姿系统 卡尔曼滤波 PC/104
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空中平台航姿参考系统的设计 被引量:7
15
作者 张静 金志华 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2004年第2期47-52,共6页
利用观测矢量确定载体姿态的原理,依据空中平台的动态要求,确定了航姿参考系统的构成。通过建立姿态误差四元数微分方程,对卡尔曼滤波器在线估计组合航姿系统姿态误差进行了设计,并将建立的传感器测量误差模型加入到滤波模型中。仿真表... 利用观测矢量确定载体姿态的原理,依据空中平台的动态要求,确定了航姿参考系统的构成。通过建立姿态误差四元数微分方程,对卡尔曼滤波器在线估计组合航姿系统姿态误差进行了设计,并将建立的传感器测量误差模型加入到滤波模型中。仿真表明,这样组成的航姿参考系统,在传感器测量精度有限的情况下,能在摇摆基座上达到水平姿态精度0.2°,航向精度0.5°。 展开更多
关键词 姿参考系统 观测向量 空中平台 卡尔曼滤波器 姿态误差
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无人机捷联航姿系统磁航向误差分析 被引量:5
16
作者 富立 刘文丽 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2007年第6期650-652,共3页
为进一步提高某型飞机捷联航姿系统的磁航向精度,分析了该系统中姿态角误差对磁航向精度的影响,详细推导了磁航向角的误差公式。结合某型飞机的特点,对误差公式做了进一步简化分析,结论表明磁航向角的误差大小主要由姿态角误差的平方和... 为进一步提高某型飞机捷联航姿系统的磁航向精度,分析了该系统中姿态角误差对磁航向精度的影响,详细推导了磁航向角的误差公式。结合某型飞机的特点,对误差公式做了进一步简化分析,结论表明磁航向角的误差大小主要由姿态角误差的平方和决定。采用试飞数据进行仿真,结果验证了误差公式及分析结论的正确性。 展开更多
关键词 捷联姿系统 误差分析 姿
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基于梯度下降法和互补滤波的航向姿态参考系统 被引量:13
17
作者 陈亮 杨柳庆 肖前贵 《电子设计工程》 2016年第24期38-41,45,共5页
针对微型无人机航向姿态参考系统低成本、小型化的工程实现需求,基于三轴陀螺仪、加速度计和磁力计,提出了一种在线实时姿态估计算法。该算法采用四元数描述系统模型,采用改进的梯度下降法预处理加速度计和磁力计的姿态信息,然后采用互... 针对微型无人机航向姿态参考系统低成本、小型化的工程实现需求,基于三轴陀螺仪、加速度计和磁力计,提出了一种在线实时姿态估计算法。该算法采用四元数描述系统模型,采用改进的梯度下降法预处理加速度计和磁力计的姿态信息,然后采用互补滤波融合陀螺仪的姿态信息,实现高精度实时姿态估计。最后通过在线性能测试,来验证算法的有效性。结果表明,该算法测量误差小、运算量小、实时性高,具有较高的工程应用价值。 展开更多
关键词 姿系统 梯度下降法 互补滤波 四元数
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模糊推理在捷联航姿系统中的应用 被引量:5
18
作者 王玲玲 富立 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2006年第6期45-47,共3页
为了减小捷联航姿系统航姿解算过程中陀螺漂移和积分过程等因素对航姿精度的影响,结合各传感器输出与载体运动状态相关的特性,提出了一种基于模糊推理的IMU(惯性测量组件)/磁传感器信息融合方法。通过模糊推理系统判断出载体当前的运动... 为了减小捷联航姿系统航姿解算过程中陀螺漂移和积分过程等因素对航姿精度的影响,结合各传感器输出与载体运动状态相关的特性,提出了一种基于模糊推理的IMU(惯性测量组件)/磁传感器信息融合方法。通过模糊推理系统判断出载体当前的运动状态,在准静态下对IMU中陀螺解算的姿态信息和加表解算的姿态信息进行融合可提高载体的姿态精度,对陀螺解算的航向信息和准静态下磁罗经提供的航向信息进行融合可提高载体的航向精度。经过跑车试验且与跑车过程中作为基准的光纤/GPS航姿系统的航姿结果进行比较,验证了该推理过程和融合算法的正确性。 展开更多
关键词 捷联姿系统 模糊推理 信息融合 惯性测量组合 磁罗经
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GPS/AHRS紧耦合系统中改进的SRUKF算法 被引量:2
19
作者 陈剑 孙金海 +1 位作者 李金海 阎跃鹏 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1300-1303,共4页
在GPS/AHRS(航姿参考系统)组合导航的数据融合中,常规UKF在应用中由于计算误差易导致协方差负定,影响滤波的精度,甚至使滤波发散而导致系统无法正常工作.针对这一问题提出了一种改进的自适应SRUKF算法,不仅能够解决协方差负定带来的系... 在GPS/AHRS(航姿参考系统)组合导航的数据融合中,常规UKF在应用中由于计算误差易导致协方差负定,影响滤波的精度,甚至使滤波发散而导致系统无法正常工作.针对这一问题提出了一种改进的自适应SRUKF算法,不仅能够解决协方差负定带来的系统无法正常工作的问题,而且能够在保证精度的同时降低系统的计算量.仿真数据结果表明,在先验噪声未知并且噪声时变的情况下,改进的自适应SRUKF算法能够提高系统的精度和稳定性. 展开更多
关键词 平方根不敏卡尔曼滤波 全球定位系统 姿参考系统 紧耦合 组合导
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DSP硬件算法在捷联惯性AHRS系统中的实现 被引量:2
20
作者 曾庆化 刘建业 +1 位作者 赖际舟 杜亚玲 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2006年第6期1-4,共4页
在利用基于DSP TMS3205416的导航计算机实现捷联惯性航姿参考系统(AHRS)过程中,为充分利用系统硬件资源,实现AHRS系统最优化,针对该DSP硬件系统的特点,优化设计了低阶卡尔曼滤波器算法,并提出了改进导航系统精度的三量分解法(TSA),解决... 在利用基于DSP TMS3205416的导航计算机实现捷联惯性航姿参考系统(AHRS)过程中,为充分利用系统硬件资源,实现AHRS系统最优化,针对该DSP硬件系统的特点,优化设计了低阶卡尔曼滤波器算法,并提出了改进导航系统精度的三量分解法(TSA),解决了因DSP位数和相关支持软件的局限而造成的导航系统精度不足的问题。这两种基于DSP的硬件算法的有机融合,可靠有效,对实现工程DSP系统有重要参考价值。 展开更多
关键词 惯性导系统 姿参考系统 数字信号处理器 卡尔曼滤波
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