2014年, 第13卷, 第6期　刊出日期：2014-12-05

  

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系统与应用
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  MEMS惯性测量组合的整体误差建模与标定

  张春熹, 徐美宝, 林铁, 程世超

  导航与控制. 2014, 13(6): 1-5. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.001

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  对微机电系统(MEMS)惯性测量组合(MIMU)的主要误差项进行分析,提出一种针对MIMU整体的误差补偿模型,模型囊括MEMS惯性传感器自身的零漂、互耦、标度因数非线性等误差,以及传感器安装误差、系统电路漂移等。根据模型设计整体标定和补偿方法,并用最小二乘法系统求解模型中的69个误差系数,避免单一传感器误差补偿的片面性。针对MEMS传感器明显的温度非线性,利用分段补偿的方法将所研制的MIMU的全温范围分成3段,分别求解各分段误差模型的误差系数进行补偿。经实验论证,该方法能有效地抑制多种误差项对MEMS传感器精度的影响,使MEMS陀螺和加速度计的精度提升1-2个数量级。
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  三维激光成像系统的点云模型真彩色处理方法

  王晓东, 孙丽艳, 魏宗康, 魏子寅, 夏刚

  导航与控制. 2014, 13(6): 6-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.002

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  三维激光成像系统获得的点云数据精度高并且保有高精度的高程信息,然而特征信息不明显,没有保留全部的点和点的拓扑关系,无法直接判读地面物体;影像数据空间分辨率和精度低,并且缺少高程信息,然而其影像的特征连续,光谱信息丰富。因此,进行点云数据与影像数据融合方法的研究是目前三维激光成像系统研制的前沿性课题。针对点云数据与影像数据融合方法的研究,提出了一种三维激光成像系统点云模型真彩色处理的方法。实验结果显示,采用所提出的方法,不仅能够获得被扫描物体的位置信息和大小信息,而且能够得到被扫描物体的表面纹理细节信息。
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  第一视角飞行模式设计与无人机着陆试验研究

  李洪波, 曾培香

  导航与控制. 2014, 13(6): 11-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.003

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  设计了一种第一视角飞行模式,同时观察图像与导航数据来控制无人机飞行并实现着陆。第一视角飞行是一种基于无人机上加装无线图像传输设备,在地面看屏幕操控无人机的操作模式。无人机操纵员通过观察前视探测器拍摄的图像和导航数据控制遥控器,地面控制站捕捉遥控器的输出信号并把该信号通过数据链传至机载飞控系统,从而实现对无人机的控制。该飞行模式的实现,提高了无人机飞行的机动性,突破了小型无人机只能在本场着陆的限制,使无人机可以在远离本场情况下安全着陆。
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  基于惯性/里程计组合导航的管道定位仿真分析

  纪文涛, 车鹏宇, 张浩, 罗强力

  导航与控制. 2014, 13(6): 18-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.004

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  管道在油气传输中有着非常重要的地位,关乎着生命与财产安全,定期对传输管道进行检测能使管道安全、高效地运行。对管道损伤点进行精确定位,是修复管道缺陷所必需的。本文仿真了检测设备在管道中的运行轨迹,并加入了检测设备在管道中滚转运动和长时间导航下陀螺刻度系数漂移的影响,搭建了基于惯性/里程计组合导航的仿真模型。通过实际仿真发现,利用磁标点校正、卡尔曼滤波、磁标二点间误差修正和起点与终点误差修正,能有效提高管道中定位精度。
元器件技术
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  一种手自一体石英挠性加速度计温控仪的设计

  程远超, 黄伟, 姚少非, 苗风海, 王晓东

  导航与控制. 2014, 13(6): 24-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.005

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  为满足惯性导航系统中石英挠性加速度计精确测试要求,设计了一种以模拟电路和功率放大为核心的高精度加速度计温度控制仪器,温控精度达到0.02℃。该温控仪除具有精密温度控制外,还具有手动模拟量测量、自动模拟量测量及多通道I/F输出测试于一体的特点。为满足多只加速度计测试一致性要求,采用单一温度受控的采样电阻方法,提高了石英挠性加速度计性能指标如4小时稳定性、模拟量长期重复性测试的准确性和稳定性。
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  感应电能传输系统损耗分析

  白亮宇, 李新宇, 吴帅, 张渝怀

  导航与控制. 2014, 13(6): 29-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.006

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  感应电能传输(CIPT)技术,是一种新型的电能传输方式,能实现无电气连接的电能传送。松耦合变压器的引入,使得耦合系数较常规变压器低,对系统损耗准确建模成为CIPT技术的关键问题。本文通过对CIPT各个元器件的功率损耗分析,研究各个功率模块损耗之间的耦合关系。以损耗关于原边线圈电流的泰勒展开式为基础,建立CIPT系统功率损耗模型及效率模型。为验证理论分析的正确性,设计制作了一个CIPT样机,通过对不同工况进行比较实验,证明了所建磁路模型、效率模型的正确性。提出的损耗分析方法能够用来指导CIPT系统的分析与设计。
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  MEMS静电悬浮陀螺仪悬浮支承控制器设计

  徐超, 严小军, 马高印, 游鹏程, 张龙

  导航与控制. 2014, 13(6): 34-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.007

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  以MEMS静电悬浮陀螺仪敏感结构为研究对象,针对陀螺仪转子运动模型非线性和参数不确定的特点,采用自适应模糊PID控制策略设计了陀螺仪转子五自由度悬浮支承控制器。将MATLAB中Fuzzy模块和Simulink模块结合,对支承控制器进行仿真,结果表明,控制器的开、闭环频域特性以及刚度特性等均满足稳定性要求,且表现出良好的稳态和动态性能。
测试技术
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  微小型数据采集系统优化设计方法研究

  赵宣懿, 李荣冰, 刘建业, 王宁

  导航与控制. 2014, 13(6): 40-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.008

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  微小型数据采集系统一般是基于微控制器进行设计的,存储设备主要为SD卡,由于微控制器资源有限,因此很难在保证微小型数据采集系统较高采集速度的同时保证采集系统的可靠性。针对该问题,本文分析了影响数据采集系统采集速率及可靠性的主要影响因素,推导了DMA缓冲区设置大小与数据采集系统采集速率及可靠性之间的模型,并设计了数据采集系统主要参数标定与验证试验。试验结果表明,本文提出的数据采集系统设计方法合理、可根据数据采集处理器内存大小、SD卡文件系统性能指标设计数据采集系统,确保数据采集系统的可靠性,对提高系统设计效率、降低微小型数据采集系统的设计成本以及后续改进完善数据采集系统奠定了重要的理论基础。
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  并存大角速率转动的圆锥算法精度评估

  王茂松, 吴文启, 王亚, 潘献飞

  导航与控制. 2014, 13(6): 44-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.009

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  本文利用圆锥运动和大角速率转动并存条件下的规范化四元数,对扩展形式级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法进行了理论误差分析,给出了理论的误差公式。针对不同条件下,即大角速率转动和圆锥频率变化时,揭示了扩展形式频率级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法精度差异的原因。同时,仿真也证明了圆锥运动和大角速率转动并存条件下,扩展形式频率级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法理论误差分析结果的正确性。
综述与动态
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  磁强计在航天器上的应用与前景

  邵珠君, 华冰, 康国华

  导航与控制. 2014, 13(6): 50-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.010

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  随着科学的进步,磁强计已被广泛地应用于航天器。本文首先根据磁强计测量原理的不同,对其进行分类。分别介绍各类磁强计的物理测量原理,描述其特性、精度、适用范围。同时概括目前在航天器得到较广泛应用的磁强计。在此基础上,进一步具体分析磁强计作为卫星载荷、姿态测量和控制以及自主导航轨道计算的方法、作用和特点。然后,针对这三个方面应用指出其在航天器上应用存在主要问题和关键技术。最后,对磁强计在航天器上的应用进行总结。同时对其未来的发展进行展望,磁强计在航天器上仍有着良好发展前景。
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  轻型重载荷机械臂方案研究

  刘鹏飞, 王兴华

  导航与控制. 2014, 13(6): 55-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2014.06.011

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  工业机器人是一个巨大的产业,在国内这个市场犹如一块大蛋糕被国外的机器人生产厂商瓜分,本土企业根本不能挤入分食的行列。在激烈的市场竞争中,中国的机器人生产厂商为何会输的这样惨烈？根源在于技术的落后,更在于国家整个工业基础的落后,在短时间内打翻身仗几乎不可能。与工业机器人产业不同,特种机器人产业是一个灵活复杂的市场,由于政治、军事、需求量等因素,国外企业无论如何都不可能抢到这块蛋糕,这是国内机器人生产厂商的生存契机。本文在分析国内机器人发展现状后,对特种机器人尤其是空间轻型重载机械臂做方案论证,从需求、技术细节比如电机、减速机、控制系统等深入分析。