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微惯性传感器辅助超宽带的室内定位方法

河南理工大学学报（自然科学版） 2017年第5期36卷 100-105页

作者：朱彩杰赵冬青彭少磊张利伟解放军信息工程大学河南郑州450000

超宽带(UWB)是一种全新的且定位精度较高的室内定位技术,但在复杂的室内环境中,超宽带信号易受环境的干扰而出现信号盲区和定位误差较大的情况。为解决这一问题,在深入研究微惯性传感器(MEMS)与超宽带定位原理与算法的基础上,提出采用M... 详细信息

超宽带(UWB)是一种全新的且定位精度较高的室内定位技术,但在复杂的室内环境中,超宽带信号易受环境的干扰而出现信号盲区和定位误差较大的情况。为解决这一问题,在深入研究微惯性传感器(MEMS)与超宽带定位原理与算法的基础上,提出采用MEMS辅助UWB定位的算法,以提高定位精度。实验结果表明,MEMS/UWB算法与单独的UWB定位算法相比,有效提高了定位覆盖率以及定位精度。

关键词：超宽带微惯性传感器室内定位 MEMS/UWB定位

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微惯性传感器信号的自适应处理

微惯性传感器信号的自适应处理

作者：李群英青岛大学

学位级别：硕士

由于微机械(MEMS)技术的发展和研究的不断深入,微惯性传感器的发展和研究也备受重视。以及微惯性传感器具有重量轻、体积小、容易系统集成等的优势,也广泛的被应用于航空航天、军事以及机器人等领域。国际上对微惯性传感器的研究也是数... 详细信息

由于微机械(MEMS)技术的发展和研究的不断深入,微惯性传感器的发展和研究也备受重视。以及微惯性传感器具有重量轻、体积小、容易系统集成等的优势,也广泛的被应用于航空航天、军事以及机器人等领域。国际上对微惯性传感器的研究也是数不胜数,做了很多工作,同时也取得了明显的成果。但是,由于微惯性传感器在精度和稳定性上发展的还是不够理想,所以除了改进传感器的设计和制造外,对传感器信号进行处理也是很有效的方法。但是考虑到微传感器的应用背景,一般传感器的信号的统计特性是变化的,或者无法预知信号的统计特性,所以较好的方法是采用自适应滤波处理。首先,论文结合国内外对微惯性传感器研究的成果,对微惯性传感器进行理论综述。介绍了微惯性传感器的技术背景和发展状况,在此基础上研究了微机械陀螺仪和微机械加速度计的工作原理和噪声信号建模。为微传感器信号自适应处理做理论铺垫。其次,论文对自适应滤波器进行了研究,介绍了自适应技术的发展状况和前景,以及自适应滤波的原理。在此基础上研究算法的原理并应用程序设计了自适应滤波器,并分别对不同阶数、不同步长因子的情况进行matlab仿真,仿真出较稳定的自适应滤波器参考参数。采用该参数为依据的自适应滤波器对确定传感器的信号进行滤波仿真,取得了很好的效果。最后,基于上述滤波器参数,本文基于DSP Builder设计自适应滤波器,对微型陀螺仪信号进行了自适应滤波仿真。本设计的研究为以后传感器的推广以及精度的提高起了推动作用。

关键词：微惯性传感器自适应滤波 MATLAB DSP Builder

基于ARMA的微惯性传感器随机误差建模方法

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传感器与微系统 2013年第4期32卷 54-57,64页

作者：杜红松程建华唐苗苗海军装备研究院舰船所北京100073 哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

针对微惯性传感器随机误差建模效果不理想,影响微惯性组合导航系统性能的问题,提出了采用自回归滑动平均(ARMA)对微惯性传感器随机误差进行建模的方法。通过对随机误差模型应用于微惯性器件误差建模的深入分析,将Yule-Walker方程引入线... 详细信息

针对微惯性传感器随机误差建模效果不理想,影响微惯性组合导航系统性能的问题,提出了采用自回归滑动平均(ARMA)对微惯性传感器随机误差进行建模的方法。通过对随机误差模型应用于微惯性器件误差建模的深入分析,将Yule-Walker方程引入线性预测问题中,实现AR功率谱密度的估计,建立了基于随机过程有理功率谱密度的ARMA模型建立方法,并给出了ARMA建模准确性的LDA验证准则。通过微惯性传感器实测数据,对随机误差建模方法进行了有效性验证。该方法为微惯性器件的随机误差建模和分析提供了一种新的途径。

关键词：微惯性传感器随机误差自回归滑动平均模型功率谱分析

基于MEMS技术的微惯性传感器及在汽车上的应用

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汽车技术 2006年第2期 1-6页

作者：闫冬管欣高振海吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室

基于微电子机械系统(MEMS)技术的原理,介绍了微机械加速度计、微机械陀螺和微惯性测量单元等微惯性传感器的研究发展状况与主要产品,以及目前微电子机械系统惯性传感器在汽车导航系统等系统总成上的应用现状。最后,从汽车工程应用的角度... 详细信息

基于微电子机械系统(MEMS)技术的原理,介绍了微机械加速度计、微机械陀螺和微惯性测量单元等微惯性传感器的研究发展状况与主要产品,以及目前微电子机械系统惯性传感器在汽车导航系统等系统总成上的应用现状。最后,从汽车工程应用的角度,分析了提高微惯性传感器测量精度的方法及其在汽车上安装使用应注意的关键问题。

关键词：车辆工程微惯性传感器应用

嵌入可动电极的微惯性传感器的设计与相关IC检测电路研究

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嵌入可动电极的微惯性传感器的设计与相关IC检测电路研究

作者：王晓迪杭州电子科技大学

学位级别：硕士

MEMS电容式微惯性传感器因其具有尺寸小、灵敏度高、稳定性好、温度漂移小、功耗低、很好的工作在力平衡模式下等等优点，在军事、汽车工业、生物医学、消费电子、惯性导航等领域得到广泛的应用。本论文首先分析了电容式微惯性传感... 详细信息

MEMS电容式微惯性传感器因其具有尺寸小、灵敏度高、稳定性好、温度漂移小、功耗低、很好的工作在力平衡模式下等等优点，在军事、汽车工业、生物医学、消费电子、惯性导航等领域得到广泛的应用。本论文首先分析了电容式微惯性传感器的测量控制原理和系统动态模型，并在此基础上通过三个方面设计出新型嵌入横向可动电极的微惯性传感器，分别是：支撑梁结构、微执行器结构和检测电容结构。通过分别对以上三方面不同结构模型的分析对比，在传感器设计中选用U形梁结构作为传感器的支撑梁，电磁执行器作为驱动力，梳栅结构作为检测电容结构。其中为了克服深反应离子刻蚀关于深宽比不能做大的限制和降低噪声，详细介绍了电磁驱动增大传感器初始检测电容的工作原理，通过嵌入可动电极和电磁驱动作用减小电容间隙，结果表明，电磁驱动使得传感器的电容间隙减小4μm，初始检测电容由1.28pf增大到6.4pf。根据以上理论分析和参数设计，论文给出了新型电容式微惯性传感器的整体结构模型，并利用有限元软件Ansys进行仿真。结果表明所设计的传感器在非敏感方向上梁的刚度较大，轴向交叉效应得到了有效抑制;传感器的静态位移灵敏度为0.659μm/g，施加电磁驱动前后的电容灵敏度分别为0.15pf/g和0.192pf/g，增大为原来的1.28倍;同时最大应力分析结果表明，传感器能够抵挡1000g的加速度信号的冲击而不被损坏。之后利用电磁分析软件ANSOFT-Maxwell分析了边缘效应对传感器性能的影响，表明小尺寸的传感器电容的边缘效应不可忽略。论文设计了微惯性传感器的版图和MEMS器件制作的工艺步骤，给出了传感器的初步制作结果，同时通过对传感器的截面剖图说明了传感器的内部单元和检测电容间距，介绍了传感器的实际工作原理，以此证明传感器制作工艺的可行性和合理性。论文设计了电容式微惯性传感器的检测电路，对其进行理论分析和说明，并利用OrCAD中的Pspice软件对电路进行了模拟，最后对设计的电路进行了实验验证。

关键词： MEMS 电容式微惯性传感器电磁驱动边缘效应检测电路

采用微惯性传感器组合的可穿戴式人员定位技术研究

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采用微惯性传感器组合的可穿戴式人员定位技术研究

作者：向高军重庆邮电大学

学位级别：硕士

人员定位,又称个人或行人定位,是指在确定参考坐标系下对目标提供空间位置信息的技术。在室外环境中,常见的卫星定位系统在偏远、遮挡等环境条件下因失去卫星信号而存在定位盲区;在室内环境中,常见的WIFI定位、蓝牙定位等定位技术,由于... 详细信息

人员定位,又称个人或行人定位,是指在确定参考坐标系下对目标提供空间位置信息的技术。在室外环境中,常见的卫星定位系统在偏远、遮挡等环境条件下因失去卫星信号而存在定位盲区;在室内环境中,常见的WIFI定位、蓝牙定位等定位技术,由于对现场环境依赖严重,极易受到干扰。目前,采用微惯性传感器组合的惯性定位技术是一种不依赖于外界环境条件,具有较强的抗干扰性和稳定性,可以全天候地实现自身位置信息获取。传统的惯性定位技术大多将导航单元固定在单一位置下进行定位,存在佩戴方式复杂、适应性差等局限,这在一定程度上限制了系统进一步提升性能的空间,降低了用户对可穿戴设备的体验。基于此,本文设计了定位终端多种佩戴模式下的人员定位技术。主要研究内容如下:1.介绍了采用微惯性传感器组合的定位理论,对本文采用的惯性定位系统算法结构和硬件结构进行了说明,同时对惯性定位技术的基本原理和关键技术进行了说明,并详细推导了行人航迹推算算法。2.分析了惯性传感器的常见误差来源,并采用六位置法、最小二乘法分别对三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺仪的安装误差和刻度系数进行修正,进而有效提高了惯性传感器数据精度,为后续人员定位算法提供了可靠的数据来源。3.结合人机工程学特征对MIMU佩戴模式进行分析,定义了MIMU分别佩戴在上衣口袋、右衣口袋、右前裤口袋、右后裤口袋等四种常见佩戴模式。结合朴素贝叶斯分类方法,选取三轴MEMS加速度计的合加速度时域特征值,设计了基于朴素贝叶斯的MIMU佩戴模式识别算法。经验证,所设计的识别算法能够有效的对MIMU佩戴模式进行识别,且识别精度高于96.61%。4.结合MIMU不同的佩戴模式,分别对行人航迹推算算法中的步态检测、步长估计、航向估计等关键参数进行改进。提出了波峰-双阈值计步、基于HDE-KF的航向最优估计等算法。经验证,MIMU在不同佩戴模式下,改进的PDR算法均可提供准确可靠的位置信息,最终得到综合定位误差小于0.49%,且达标率在85%以上。

关键词：微惯性传感器佩戴模式朴素贝叶斯人员定位

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微惯性传感器建模及冲击响应分析

中国惯性技术学报 2007年第1期15卷 77-80页

作者：刘梅周百令东南大学仪器科学与工程系南京210096

研究了微惯性传感器在冲击环境下的可靠性问题,重点分析了微惯性传感器在冲击载荷作用下的冲击响应问题。根据微惯性传感器结构部件主要由质量块、支承梁、衬底组成的特点,建立了微惯性传感器结构部件的集总参数模型,得出了微加速度计... 详细信息

研究了微惯性传感器在冲击环境下的可靠性问题,重点分析了微惯性传感器在冲击载荷作用下的冲击响应问题。根据微惯性传感器结构部件主要由质量块、支承梁、衬底组成的特点,建立了微惯性传感器结构部件的集总参数模型,得出了微加速度计和微陀螺在半周正弦加速度冲击载荷作用下的冲击响应解析解,并采用有限元分析软件ANSYS验证了该解析解的正确性。此冲击响应解析解对预测微惯性传感器在冲击环境下的可靠性具有重要作用。

关键词：微惯性传感器集总参数模型冲击载荷冲击响应

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多微惯性传感器的一致性检测方法

传感器技术 2001年第1期20卷 40-41页

作者：张浩童调生张帆刘宏立湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082

多传感器数据融合是进行高精度检测的主要方法和关键技术。因为有些数据融合算法过于复杂 ,或者假设条件过多 ,阻碍其在工程的应用。针对微惯性传感器检测系统的特点 ,提出一种新型的、基于信息分配原理的一致性检测方法 ,该算法具有简单。

关键词：数据融合微惯性传感器一致性检验

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基于微惯性传感器的高灵敏度随动控制技术

兵工学报 2023年第2期44卷 566-576页

作者：张天靳舒馨王强段晓波刘铁成牛海涛侯曾杨毅刘彤中国兵器工业计算机应用技术研究所北京100089 北京卫星导航中心北京100094 北京理工大学自动化学院北京100081

目前的随动控制装备因难以满足传感器与执行器对实时性、准确性与稳定性需求,出现控制延迟大、执行精度低等问题,极大地限制了随动控制装备应用空间。针对上述问题,提出一种基于微惯性器件与模糊控制云台的低延迟高精度随动控制技术。... 详细信息

目前的随动控制装备因难以满足传感器与执行器对实时性、准确性与稳定性需求,出现控制延迟大、执行精度低等问题,极大地限制了随动控制装备应用空间。针对上述问题,提出一种基于微惯性器件与模糊控制云台的低延迟高精度随动控制技术。该技术使用微机电系统惯性测量单元(MEMS IMU)获取高灵敏度体感姿态数据,并使用该姿态数据对双轴云台进行实时高精度随动控制。相对于传统技术手段,本研究通过传感器的实时采集算法改进与云台的高频位置闭环模糊PID控制设计,用低成本实现了低延迟高精度随动控制功能。实测结果表明,系统在连续动作命令发出后88.17 ms时间内达到了1.478°(1σ)的云台位置响应精度,可满足高灵敏度随动控制需求;新技术适用于无人机控制与观察、车载雷达与武器站控制等领域,可大幅度降低设备操控复杂度,提升控制特性。

关键词：微惯性传感器随动控制互补滤波模糊控制

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