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空天预警研究学报 2024年第3期38卷 202-208页

作者：崔照林余未倪屹潘云清物联网技术应用教育部工程研究中心江苏无锡214122 江南大学集成电路学院江苏无锡214122 无锡北微传感科技有限公司江苏无锡214072

在三轴磁力计标定过程中,针对采样点不丰富时传统最小二乘(LS)椭球拟合方法精度较差以及磁力计与加速度计轴向不对准的问题,提出了一种改进LS与信任域Dogleg法结合的标定方法.首先根据磁力计的误差模型,运用改进的LS算法进行椭球拟合;... 详细信息

在三轴磁力计标定过程中,针对采样点不丰富时传统最小二乘(LS)椭球拟合方法精度较差以及磁力计与加速度计轴向不对准的问题,提出了一种改进LS与信任域Dogleg法结合的标定方法.首先根据磁力计的误差模型,运用改进的LS算法进行椭球拟合;然后利用重力矢量和地磁矢量之间点积恒定的性质,构建未对准误差的数学模型;最后采用信任域Dogleg算法估计这些误差参数.仿真和实验结果表明,利用改进LS法估计这些误差参数时,误差范围达到了10-6量级;磁矢量模值均方根误差相比LS减小了88.5%,有效提高了传统拟合方法的精度;轴向对准后,最终航向角测量精度在±0.8°以内,均方根误差小于0.5°,明显小于对准前的误差,证明了信任域Dogleg算法的有效性.

关键词：磁力计标定最小二乘算法信任域Dogleg方法椭球拟合非线性优化

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捷联惯性导航系统标定及初始对准技术研究

捷联惯性导航系统标定及初始对准技术研究

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作者：曹国灿苏州大学

学位级别：硕士

随着惯性器件精度的逐步提高,捷联惯性导航系统（SINS）在军事和民用上都得到了广泛的使用。初始对准技术则是该类系统实现精准导航与制导的关键,因此成为近年来国内外研究的热点。为了提高对准精度与稳定性,本文分别对不同精度SINS的... 详细信息

随着惯性器件精度的逐步提高,捷联惯性导航系统（SINS）在军事和民用上都得到了广泛的使用。初始对准技术则是该类系统实现精准导航与制导的关键,因此成为近年来国内外研究的热点。为了提高对准精度与稳定性,本文分别对不同精度SINS的初始对准技术进行了研究。首先,针对微机电（MEMS）惯性导航系统,考虑到MEMS惯性器件无寻北能力,可以利用磁力计辅助来提高航向观测。在MEMS惯性导航系统中,磁力计获取航向信息易受外界磁场干扰,因而磁力计的标定是该导航系统实现精确初始对准的关键所在。磁干扰可分为硬铁干扰和软铁干扰,硬铁干扰是具有永久磁场的铁磁材料引起的,而软铁干扰则是由现有磁场引起的偏转或改变。通常情况下磁力计标定方法有批处理最小二乘（LS）、两步批处理、近似最大似然估计等方法。本文提出了迭代最小二乘（RLS）与最优最大似然估计（ML）相结合的实时标定方法,该方法与常用标定方法相比,具有精度高、抗干扰能力强等优势。进一步,通过自适应判断迭代收敛,大大缩短标定时间,提高运算效率。在此基础上,采用陀螺仪辅助磁力计完成轴线未对准误差与陀螺零偏的估计,完成磁力计与陀螺仪的同时标定。仿真结果验证了该方法地有效性。其次,针对高精度的惯性导航系统,本文主要研究了 GPS辅助下的动基座初始对准。详细分析了基于严格速度积分算法与基于位置轨迹算法的对准原理,并对这两种方法进行了比较,与基于严格速度积分算法的对准方法相比,基于位置轨迹算法的对准方法虽然有效的解决了GPS输出速度信息易受异常值干扰的问题,但其对准精度仍受惯性仪表零偏累积误差的影响。为此,本文在基于位置轨迹算法的基础上提出用滑动窗来消除累积误差的算法。在时间域上设计了一个窗长为20s的滑动窗,由于积分区间的减小,其有效的消除了传统全窗口积分的累积误差。仿真结果表明,在300s的对准过程中所提出的算法使航向平均对准误差由-0.3520°减小到-0.1635°,对准精度提高了 53.6%,证明了所提出算法地有效性。最后,综合上述方法,采用MEMS惯性传感器进行了初始对准的实验验证。实验结果表明,磁力计在不同环境中均可完成标定,且标定后的航向观测误差均能稳定在1°以内,进一步验证了该算法地有效性。以上研究结果可以广泛应用在捷联惯性导航系统中。

关键词：捷联惯性导航初始对准磁力计标定滑动窗

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MEMS惯性/磁传感器自主标定与组合标定方法研究

MEMS惯性/磁传感器自主标定与组合标定方法研究

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作者：孙逸帆苏州大学

学位级别：硕士

随着惯性传感器与磁传感器在各个领域的广泛应用,对于传感器精度提出了更高的要求。传感器标定技术作为消除传感器确定性误差的关键,随着需求的发展逐渐成为国内外研究的热点。为了提高标定的精度与鲁棒性,本文对传感器的误差进行了各... 详细信息

随着惯性传感器与磁传感器在各个领域的广泛应用,对于传感器精度提出了更高的要求。传感器标定技术作为消除传感器确定性误差的关键,随着需求的发展逐渐成为国内外研究的热点。为了提高标定的精度与鲁棒性,本文对传感器的误差进行了各种不同的标定方法研究。首先,本文介绍了三轴惯性传感器与三轴磁传感器存在的各种确定性误差,并进行了相应的数学建模。在无外部辅助设备条件下,对三轴加速度计、三轴陀螺仪与三轴磁力计分别提出了加速度计极大似然估计标定法、陀螺仪积分标定法与磁力计椭球拟合标定法。这些方法克服了传感器传统标定方法需在外部辅助设备条件下进行的缺点,实现了微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)惯性传感器与磁力计现场标定。此外,针对传感器输出随温度变化的特点,利用三阶多项式参数拟合法完成参数拟合,进而完成对传感器的温度标定。通过仿真实验,证明了这些标定算法的有效性。其次,针对MEMS惯性与磁传感器进行了组合标定方法的研究。对于三轴陀螺仪,研究了磁力计输出辅助的陀螺仪叉乘标定法与加速度计输出辅助的陀螺仪四元数更新标定法。通过仿真试验证了这两种方法的有效性,并且比较了两种方法的标定效果。对于三轴磁力计,研究了加速度计输出辅助的磁力计点积标定法与陀螺仪输出辅助的磁力计最小二乘标定法。通过仿真试验证了这两种方法的有效性,并且比较了两种方法的标定效果。此外,对于惯性测量单元坐标系与磁力计坐标系间所存在的未对准误差,进行了分析建模,并通过仿真实验证明了这些标定算法的有效性。最后,在完成仿真结果验证了所提出算法的基础之上,进行了实验验证。搭建了MEMS传感器硬件平台,通过上位机软件采集传感器数据并进行算法验证。实验结果表明,三轴加速度计、陀螺仪与磁力计数据通过标定算法运算后均能完成标定,验证了标定算法的有效性与鲁棒性。

关键词： MEMS传感器加速度计标定陀螺仪标定磁力计标定

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一种简单的低成本航姿系统标定及修正方法

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计算机测量与控制 2024年第4期32卷 232-240页

作者：翟张斌张晓明安永泉薛英娟中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学电子测量技术国家重点实验室太原030051 中北大学创新创业学院太原030051

在对低成本航姿系统进行加速度计与磁力计的标定中,通常磁力计的信噪比更低,仅使用椭球拟合法标定传感器误差参数结果是不够精确的;为了提高标定结果的准确性,提出了一种在多位置条件下基于椭球拟合约束和点积法的误差参数标定及修正方... 详细信息

在对低成本航姿系统进行加速度计与磁力计的标定中,通常磁力计的信噪比更低,仅使用椭球拟合法标定传感器误差参数结果是不够精确的;为了提高标定结果的准确性,提出了一种在多位置条件下基于椭球拟合约束和点积法的误差参数标定及修正方法;首先,在静态多位置下获取15对低噪声的测量数据并进行椭球拟合标定,其次,用补偿后的磁力计数据分布特征构建椭球约束条件,通过点积法计算地磁矢量与水平面夹角,并以其均方差来量化修正效果,对磁力计中可观性差的轴间不正交误差参数和传感器间非对准误差参数进行修正,最终提升标定效果;仿真和实测的试验结果表明,在同等椭球拟合约束下,该方法相比于独立使用椭球拟合法和点积不变法,地磁矢量与水平面夹角的均方差下降了25%以上,且具有简单易用的特点。

关键词：磁力计标定静态多位置椭球约束点积法

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