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深度相机与微机电惯性测量单元松组合导航算法

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兵工学报 2021年第1期42卷 159-166页

作者：张福斌林家昀西北工业大学航海学院陕西西安710129 湖南航天机电设备与特种材料研究所湖南长沙410200

针对室内非结构环境下,全球定位系统、无线电定位等定位手段使用困难,轮式里程计在楼梯等场合易出现打滑或空转而误差较大,单一视觉传感器或微机电系统(MEMS)惯性测量单元(IMU)很难实现高精度自主定位,以及传统的视觉与MEMS IMU组合导... 详细信息

针对室内非结构环境下,全球定位系统、无线电定位等定位手段使用困难,轮式里程计在楼梯等场合易出现打滑或空转而误差较大,单一视觉传感器或微机电系统(MEMS)惯性测量单元(IMU)很难实现高精度自主定位,以及传统的视觉与MEMS IMU组合导航算法复杂、计算量大、导航精度低等问题,提出一种适用于室内的深度相机与MEMS IMU松组合导航算法。MEMS IMU预积分结果作为改进迭代最近点(ICP)算法的迭代初值,大幅减少了迭代次数;通过深度相机和MEMS IMU分别计算载体的位置并作差运算,将位置差值作为量测信息,使用扩展卡尔曼滤波估计MEMS IMU的导航误差,修正航位推算的结果;利用Kinect v1深度相机和MTI 100-IMU搭建的平台进行实验验证。结果表明,基于MEMS IMU辅助的改进ICP算法能够减少迭代次数约50%,基于位置差值的深度相机与MEMS IMU松组合算法导航定位误差小于总里程的10%.

关键词：深度相机惯性测量单元迭代最近点组合导航

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基于激光诱导石墨烯的木制惯性测量单元

光子学报 2024年第2期53卷 150-159页

作者：李晨李浩杨研伟陕西科技大学机电工程学院西安710021 西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室西安710054

针对商用低精度惯性测量单元具有高成本、制造工艺复杂、废弃后污染环境、不能生物降解等缺点,提出一种低成本、可生物降解的木制惯性测量单元。该设计包含平衡振子和非平衡振子单元,分别用于测量3轴加速度和3轴角加速度。采用激光诱导... 详细信息

针对商用低精度惯性测量单元具有高成本、制造工艺复杂、废弃后污染环境、不能生物降解等缺点,提出一种低成本、可生物降解的木制惯性测量单元。该设计包含平衡振子和非平衡振子单元,分别用于测量3轴加速度和3轴角加速度。采用激光诱导石墨烯的工艺在木梁上制备应变传感器阵列,并形成多组惠斯顿电桥测量电路。结果表明:加速度方面,X轴灵敏度为0.006 m V/g,Y轴灵敏度为8.695×10^(-4)m V/g,Z轴灵敏度为0.200 m V/g;角加速度方面,X轴灵敏度为0.285 m V/(rad/s^(2)),绕Y轴旋转的灵敏度为0.305 m V/(rad/s^(2)),绕Z轴旋转的灵敏度为0.765 m V/(rad/s^(2))。与有限单元法仿真结果对比,实验测量误差在10%以内,且具有良好的重复测量精度。该惯性测量单元在木制船舶、木制载具、木制家具等方面具有潜在的应用前景。

关键词：惯性测量单元激光诱导石墨烯陀螺仪加速度计木材

基于ATSUKF的飞行器惯性测量单元的故障诊断

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西北工业大学学报 2020年第4期38卷 806-813页

作者：何启志章卫国刘小雄李伟楠西北工业大学自动化学院陕西西安710129 陕西省飞行控制与仿真技术重点实验室陕西西安710129

非线性系统存在随机偏差情况下,最优二步无迹卡尔曼滤波(OTSUKF)可以获得系统状态及偏差的最优估计,但是它要求随机偏差被准确地建模,而这在实际情况下很难做到。飞行器是一种典型的非线性系统,将惯性测量单元(IMU)的故障作为一种随机... 详细信息

非线性系统存在随机偏差情况下,最优二步无迹卡尔曼滤波(OTSUKF)可以获得系统状态及偏差的最优估计,但是它要求随机偏差被准确地建模,而这在实际情况下很难做到。飞行器是一种典型的非线性系统,将惯性测量单元(IMU)的故障作为一种随机偏差处理,并且采用随机游走模型去描述故障。随机游走模型对故障进行建模的准确程度取决于随机游走模型的协方差与实际情况的匹配程度。基于OTSUKF的IMU故障诊断方法中,随机游走模型的协方差取的是一个常值矩阵,该矩阵的值是根据经验初始化的,但是在实际应用中较难初始化为一个与真实故障相匹配的矩阵。根据新息协方差匹配技术,在线自适应调整随机游走模型的协方差矩阵,提出了自适应二步无迹卡尔曼滤波(ATSUKF),并将该方法应用于飞行器IMU的故障诊断。仿真实验对比了OTSUKF和ATSUKF方法对飞行器IMU的故障诊断的效果,验证了所提出的自适应方法的有效性。

关键词：自适应卡尔曼滤波二步卡尔曼滤波无迹卡尔曼滤波惯性测量单元故障诊断随机游走模型仿真实验

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一种激光陀螺惯性测量单元混合标定方法

中国惯性技术学报 2014年第4期12卷 445-452页

作者：程骏超房建成吴伟仁李建利王文建北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191

针对采用低精度转台标定高精度激光陀螺惯性测量单元(IMU)的方法进行了研究。提出一种不依赖转台精度的静态解析与Kalman滤波估计混合的新型高精度标定方法。首先采用多位置静态解析法粗标定出IMU系统参数的低精度初始值;然后根据惯性... 详细信息

针对采用低精度转台标定高精度激光陀螺惯性测量单元(IMU)的方法进行了研究。提出一种不依赖转台精度的静态解析与Kalman滤波估计混合的新型高精度标定方法。首先采用多位置静态解析法粗标定出IMU系统参数的低精度初始值;然后根据惯性导航算法基本误差方程,建立以IMU系统参数粗标定结果的残差为估计对象,以IMU速度误差为观测量的扩展Kalman滤波器,估计出系统参数残差,进一步修正粗标定结果。实验结果表明,该方法能够利用低精度转台获得与高精度转台相当的参数标定精度,降低了惯导系统的标定成本,满足高精度激光陀螺IMU的使用需求。

关键词：机抖激光陀螺惯性测量单元混合标定误差补偿 Kalman滤波

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摄像机和惯性测量单元的相对位姿标定方法

机器人 2011年第4期33卷 419-426页

作者：杨浩张峰叶军涛中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室北京100190 中国科学院自动化研究所高技术创新中心北京100190

提出了一种鲁棒的基于无迹卡尔曼滤波器的摄像机(视觉传感器)-惯性测量单元相对位姿标定方法.为了减小重力加速度对标定精度的影响,该方法采用迭代卡尔曼滤波器对惯性传感器坐标系下的重力加速度进行实时估计.仿真实验和真实数据实验表... 详细信息

提出了一种鲁棒的基于无迹卡尔曼滤波器的摄像机(视觉传感器)-惯性测量单元相对位姿标定方法.为了减小重力加速度对标定精度的影响,该方法采用迭代卡尔曼滤波器对惯性传感器坐标系下的重力加速度进行实时估计.仿真实验和真实数据实验表明,在系统初始误差较大或系统受到严重非线性因素干扰时,该方法仍能够对视觉传感器和惯性测量单元之间的6自由度相对位姿进行精确标定.

关键词：视觉传感器惯性测量单元相对位姿标定无迹卡尔曼滤波器

一种惯性测量单元与相机固联安装下的对地定位方法

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中国激光 2023年第14期50卷 110-117页

作者：陈晨关棒磊尚洋李璋于起峰国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 图像测量与视觉导航湖南省重点实验室湖南长沙410073

运动相机相对位姿估计是基于机载光电平台进行视觉定位的关键技术。在大倾角、小交会角等典型受限观测条件下,相机位姿估计精度易受姿态角误差和像点提取误差的影响,使目标定位精度难以满足应用需求。针对惯性测量单元测量角度随时间发... 详细信息

运动相机相对位姿估计是基于机载光电平台进行视觉定位的关键技术。在大倾角、小交会角等典型受限观测条件下,相机位姿估计精度易受姿态角误差和像点提取误差的影响,使目标定位精度难以满足应用需求。针对惯性测量单元测量角度随时间发生漂移,且惯性测量单元与相机安装关系标定繁琐的问题,提出了一种惯性测量单元与相机固联安装下的对地定位方法,无需标定相机和惯性测量单元之间的安装关系。首先,利用固联安装的惯性测量单元为运动相机提供相对旋转角信息;然后,根据1个相对旋转角和4个同名点估计运动相机的相对位姿;最后,采用投影矩阵交会法线-线交会出目标的空间位置。仿真和飞行实验表明,在典型受限观测条件下,所提方法定位精度优于传统定位方法,具有高精度、高效率、强鲁棒性等优点。

关键词：测量机载光电平台惯性测量单元受限观测条件位姿估计对地定位

基于GPS与惯性测量单元的列车组合定位系统

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中国铁道科学 2010年第1期31卷 123-129页

作者：刘江蔡伯根唐涛王剑北京交通大学电子信息工程学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

采用GPS接收机及惯性测量单元构成列车组合定位系统,系统包括传感器输入层、故障检测与隔离层、数据融合层和输出层4个部分。给出GPS接收机、惯性测量单元等定位传感器的位置解算方法;设计采用H∞鲁棒滤波方法的数据融合算法;采用小波... 详细信息

采用GPS接收机及惯性测量单元构成列车组合定位系统,系统包括传感器输入层、故障检测与隔离层、数据融合层和输出层4个部分。给出GPS接收机、惯性测量单元等定位传感器的位置解算方法;设计采用H∞鲁棒滤波方法的数据融合算法;采用小波变换方法进行组合系统故障检测,确定故障隔离及系统重构策略。对列车组合定位系统进行现场测试和仿真验证结果表明:在复杂的列车运行环境及干扰条件下,该系统能够实现高精度高可靠性的列车定位;定位误差较采用传统的Kalman滤波方法更为稳定;组合系统能够有效实现故障检测并根据故障隔离策略重构系统,保证定位输出的连续性,保障系统安全;具有较高的适应性和实际应用价值。

关键词：列车定位组合定位惯性测量单元 GPS 数据融合故障检测与隔离

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半球谐振陀螺星载惯性测量单元设计与实现

中国惯性技术学报 2022年第2期30卷 148-153页

作者：孙一为解伟男薛智文韩世川伊国兴王泽宇哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心哈尔滨150080 哈尔滨工业大学(鞍山)工业技术研究院鞍山140030 中国电子科技集团公司第二十六研究所重庆400060 固态惯性技术重庆市工程实验室重庆400060

半球谐振陀螺是一种新型固体振动陀螺,具备功耗低、寿命长、稳定性高等特点,可完美适应卫星的姿态控制。针对微小卫星应用需求,利用半球谐振陀螺构建了星载惯性测量单元。首先,通过测量单元硬件结构设计,对其内部空间进行优化,并通过力... 详细信息

半球谐振陀螺是一种新型固体振动陀螺,具备功耗低、寿命长、稳定性高等特点,可完美适应卫星的姿态控制。针对微小卫星应用需求,利用半球谐振陀螺构建了星载惯性测量单元。首先,通过测量单元硬件结构设计,对其内部空间进行优化,并通过力学特性及力学试验仿真分析,验证其机械可靠性。其次,针对微小卫星应用环境优化半球谐振陀螺电路设计,提高惯性测量单元可靠性。最后,力学环境试验结果表明,三轴半球谐振陀螺的零偏稳定性均优于0.1°/h,敏感器件满足标度因数非线性度≤500ppm和零偏稳定性≤0.1°/h(1σ)的要求,实现了满足微小卫星应用需求的低成本、小体积、高可靠的半球谐振陀螺星载惯性测量单元。

关键词：半球谐振陀螺惯性测量单元微小卫星应用力学环境试验

惯性测量单元参数与姿态对粗对准误差影响分析

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空间控制技术与应用 2022年第4期48卷 64-69页

作者：王泽国王志文王华强王云鹏王磊李莹北京控制工程研究所北京100094

根据惯性测量单元(IMU)得到静态下粗对准结果,分析IMU参数与地理系姿态对粗对准误差影响.给出理想IMU模型,给出静态下理想IMU角速度和加速度输出结果.考虑IMU参数,包括陀螺漂移、加速度计零偏和安装指向偏差不确定情况下,得到实际估计的... 详细信息

根据惯性测量单元(IMU)得到静态下粗对准结果,分析IMU参数与地理系姿态对粗对准误差影响.给出理想IMU模型,给出静态下理想IMU角速度和加速度输出结果.考虑IMU参数,包括陀螺漂移、加速度计零偏和安装指向偏差不确定情况下,得到实际估计的IMU输出结果.根据估计结果利用双矢量定姿方法得到IMU本体系相对天东北地理系的自对准结果,并比较估计粗对准结果与理想结果之间误差,给出了误差矩阵的物理意义.针对三种IMU参数工况给出了不同姿态下粗对准误差结果的打靶仿真.最后通过实验结果验证此方法可以用于IMU指标要求符合性分析.

关键词：惯性测量单元粗对准误差分析安装误差