微惯性测量单元

摘要： 针对行人导航中基于固定阈值的传统零速检测器,无法在不同运动模式下准确地检测出脚部零速区间的问题,提出了将门控循环单元和全连接网络相结合(GRU-DNN)的改进零速检测模型。首先,分析了步态周期中的脚部运动特征,并搭建改进零速检测模型结构;其次,在微惯性测量单元惯导系统误差方程的基础上,结合零速修正构建了对应的卡尔曼滤波模型,在不同运动类型下使用最佳传统检测器的输出标签训练模型;最后,使用多个实验对象的运动数据验证模型的性能。实验结果表明,该模型能够在不同运动模式下准确识别出零速区间,相较于基于固定阈值的传统检测器,改进检测模型的平均定位误差降低了32.1%,在一些事先未定义运动类型中也具有较好的适应能力。

摘要： 针对姿态估计中存在微机电系统(MEMS)陀螺仪漂移和误差发散的问题,提出了一种基于空洞卷积神经网络(CNN)补偿微惯性测量单元(MIMU)误差的姿态估计算法。该算法利用空洞卷积神经网络学习MIMU提供的加速度和角速度数据来补偿陀螺仪的误差,使用基于四元数的四阶龙格库塔法求解误差补偿后陀螺仪的角度。将修正后的陀螺仪数据作为预测量;加速度计和磁力计数据作为观测量,通过扩展卡尔曼滤波实现多传感器融合准确估计姿态。利用MPU9250模块进行算法对比实验,结果表明:本算法可有效降低陀螺仪随机漂移,稳定输出高精度姿态。

摘要： 由于微惯性测量单元(MIMU)易受环境影响,且存在输出非线性以及剧烈角运动和线运动下精度低的缺点,而传统的多项式标定方法难以精确地补偿动态误差,因此,利用深度学习方法对MIMU整体动态误差进行建模与补偿,分别使用浅层神经网络与深度循环神经网络建立MIMU的整体动态误差模型。设计了基于三轴带温箱位置速率转台的标定流程,使三轴带温箱转台的内、中、外3轴同时施加角运动并且施加温度变化,建立MIMU的多因素影响误差训练集。实验结果表明,浅层神经网络模型相对于传统模型在误差补偿效果上略有提升,深度循环神经网络模型补偿后残差均值与均方差显著下降,其中,门控循环单元(GRU)神经网络模型补偿效果最好,并且需要训练的参数较少、计算负担小。

摘要： 针对基于MIMU的组合导航方案存在的复杂环境下姿态估计精度较差以及系统容错性较差等问题,设计了基于联邦滤波结构的MIMU/GNSS/MAG组合导航方案,通过仿真及车载试验验证了该方案的有效性.在此基础上,分析对比了有无故障检测及隔离的组合导航方案性能,通过仿真试验验证,进行有效的信息故障检测及隔离提高了该组合导航系统的输出精度和稳定性.

摘要： 误差建模、标定与补偿是提高微惯性测量单元(MIMU)精度的关键,而杆臂效应是影响低成本微机电系统(MEMS)惯导精度进一步提升的瓶颈.针对杆臂效应引起的多MIMU标定误差问题,提出了一种基于杆臂补偿的多MIMU六方位倍速率标定方法.分析了杆臂效应影响多MIMU标定的误差机理,设计了一种六方位倍速率标定方案,建立了基于杆臂补偿的误差系数标定解算模型,补偿了杆臂效应引起的标定误差,并应用加权最小二乘法对MIMU加速度通道和角速度通道的非对称性误差进行了抑制.试验结果表明,与现有六方位正反速率标定方法相比,采用该方法的MIMU加速度通道补偿误差降低了84％,角速度通道补偿误差降低了68％.

摘要： 针对GPS信号遮挡严重的室内环境下基于微惯性测量单元(MIMU)的行人导航系统导航定位误差随时间不断累积的问题,研究利用行人运动学特性建立双脚间步长约束的导航误差修正算法.将两个MIMU分别固定在行人双脚上,通过步态特性分析和零速区间检测,构建了结合单脚零速修正与双脚间步长约束的误差修正模型;通过加速度计输出数据推算步长实现约束的自适应调节,提高行人步态发生变化时的误差修正效果.实际行走实验结果表明,步长变化情况下,利用所提出方法推算步长的误差率在5.8％以下,修正后双脚位置误差相比固定步长约束减小约46.43％,轨迹更加符合实际.

摘要： 针对微惯性测量单元精度较低及正交变换容积卡尔曼滤波(Transformed Cubature Kalman Filter,TCKF)协方差矩阵非正定导致滤波终止的问题,提出了一种基于奇异值分解的改进TCKF(Attitude Singular Value Decomposition Transformed Cubature Kalman Filter,ASVDTCKF)姿态估计算法.该算法以陀螺仪、加速度计和磁力计解算的姿态角作为量测,以姿态四元数作为状态,采用奇异值分解代替Cholesky分解的ASVDTCKF进行数据融合,实时估计姿态角.实验结果表明,在静态和动态条件下,ASVDTCKF能够有效解决TCKF误差协方差矩阵非正定造成的滤波终止问题,与平方根TCKF相比,姿态估计精度和运算效率平均提高了10.6％和19.7％,更适用于矿山等复杂环境的载体姿态测量.

摘要： 为提升无基准站辅助条件下的单站微惯性/卫星组合实时导航性能,提出了一种基于载波相位时间差分的改进微惯性/卫星紧组合导航方法.所提方法直接利用高精度的载波相位时间差分观测信息改善微惯性导航误差的在线补偿精度.分析比较了两种载波相位时间差分观测模型对组合导航精度的影响,通过抗差序贯卡尔曼滤波建立抵御GNSS观测粗差的紧组合滤波模型.城市内车载试验结果表明,相对于传统紧组合导航方法,所提算法能够有效提升定位、定速和定姿精度达29％、21％和42％.另外,相对较长GNSS中断(60 s)条件下,所提算法能够显著提升滑行位置、速度和姿态精度达46％、40％和51％.

摘要： 运动量化分析是科学化滑雪训练的重要发展方向,而滑雪过程中人体运动模式的数字化表达是科学量化分析的基础和依据.设计并搭建了基于可穿戴MEMS惯性测量单元的人体运动捕捉与姿态重构系统,结合人体多刚体运动模型实现了滑雪过程的人体重构,并应用于高山滑雪运动中回转动作的辅助训练.同时,针对基于多自由度模拟滑雪训练平台的室内训练场景,提出了一种适用于滑雪回转运动的数字化评估方法.该方法利用动作捕捉系统和姿态重构系统提取滑行者五种滑行特征数据,并通过与高水平运动员运动参数的相似性度量和线性拟合实现对滑雪运动员技术参数的评估,以辅助科学训练.最后在室内Olymp模拟滑雪训练台上进行实验,验证了该方法的有效性.

摘要： 目前单兵使用筒式发射弹药大都基于前置法提高命中概率,依赖于射手对目标运动信息的估计.目标运动信息主要包括目标相对于射手横向运动的角速率和偏航角,以及目标在弹目连线方向(径向)上的速度.据此提出一种利用固定在发射筒上的MIMU实时测量目标运动信息的方案,使用卡尔曼滤波算法去除传感器数据中的噪声,使用等效旋转矢量法进行姿态解算得到姿态角.设计了试验样机,通过试验验证了方案的可行性,试验结果显示,在5°和28°发射角情况下,目标运动横向角速率最大偏差分别为0.0015(°)/s和0.0025(°)/s,从而使得射手能够精确获取目标运动信息,进而提高射击精度并减轻操作负担.

摘要： 为了提高在卫星信号不可用的条件下,低成本MIMU(微惯性测量单元)应用于行人导航的导航精度,减少由于MIMU惯性器件精度低,航向角发散造成导航误差较大的影响.本文提出了一种将基本楼向约束信息和磁信息结合,探讨楼向约束和磁场信息的可用条件,分析楼向和磁信息对于航向漂移修正的效果.最后进行在室内环境下设计实验对算法进行验证.结果表明,楼向约束信息和磁航向能够有效的限制航向漂移严重的问题,有效提高行人导航算法的精度和实用性.

摘要： 研究了以低成本MIMU(微惯性测量单元)构建鞋式惯性导航系统,分别在行人航迹推算(PDR)和捷联惯性算法(INS+ZUPT)下的步态导航.通过对两种步态导航算法的结构和导航性能进行比对分析,提出了一种新的算法,将航迹推算(PDR)和捷联惯性两种算法融合起来,实现优势互补.结合实验验证表明,新的步态导航算法拥有比单纯使用两种算法更强的步态适应性和更高的导航精度.

摘要： 微惯性测量单元(MIMU)应用于捷联惯导系统已成为近些年的一大研究热点.如果想要实现可用于实际导航的航姿参考系统器件,就必须对惯性传感器的真实数据进行处理,验证实际条件下各种导航姿态解算算法的优缺点.为此,文中基于ADI微惯性测量单元ADIS16405和TI数字信号处理器TMS320F28335,成功构建了一个用于利用真实环境中的导航数据进行各种姿态解算算法验证的航姿参考系统研究平台.该平台具有重要的工程实用价值.

摘要： 在基于MEMS IMU的行人导航系统中,针对常规的仅依靠加速计数据进行零速区间检测的精度不高的问题,提出一种多条件阈值约束的零速区间检测算法.该方法结合行人的步态特征,综合加速计和角速度的信号特点,通过设定自适应阈值来提取出人行走过程的零速区间,有效降低了零速检测的误判率.采用该方法对行人不同的行走状态进行零速区间检测检测,结果表明利用多条件约束的零速区间检测方法,在正常行走状态下,零速区间检测成功率达到100％;在跑步、上下楼梯等其他行走状态下,零速区间检测的准确率达到98％以上.

摘要： 在基于MEMS IMU的行人导航系统中,针对常规的仅依靠加速计数据进行零速区间检测的精度不高的问题,提出一种多条件阈值约束的零速区间检测算法.该方法结合行人的步态特征,综合加速计和角速度的信号特点,通过设定自适应阈值来提取出人行走过程的零速区间,有效降低了零速检测的误判率.采用该方法对行人不同的行走状态进行零速区间检测检测,结果表明利用多条件约束的零速区间检测方法,在正常行走状态下,零速区间检测成功率达到100％;在跑步、上下楼梯等其他行走状态下,零速区间检测的准确率达到98％以上.

摘要： 在基于MEMS IMU的行人导航系统中,针对常规的仅依靠加速计数据进行零速区间检测的精度不高的问题,提出一种多条件阈值约束的零速区间检测算法.该方法结合行人的步态特征,综合加速计和角速度的信号特点,通过设定自适应阈值来提取出人行走过程的零速区间,有效降低了零速检测的误判率.采用该方法对行人不同的行走状态进行零速区间检测检测,结果表明利用多条件约束的零速区间检测方法,在正常行走状态下,零速区间检测成功率达到100％;在跑步、上下楼梯等其他行走状态下,零速区间检测的准确率达到98％以上.

摘要： 在基于MEMS IMU的行人导航系统中,针对常规的仅依靠加速计数据进行零速区间检测的精度不高的问题,提出一种多条件阈值约束的零速区间检测算法.该方法结合行人的步态特征,综合加速计和角速度的信号特点,通过设定自适应阈值来提取出人行走过程的零速区间,有效降低了零速检测的误判率.采用该方法对行人不同的行走状态进行零速区间检测检测,结果表明利用多条件约束的零速区间检测方法,在正常行走状态下,零速区间检测成功率达到100％;在跑步、上下楼梯等其他行走状态下,零速区间检测的准确率达到98％以上.

摘要： 在基于MEMS IMU的行人导航系统中,针对常规的仅依靠加速计数据进行零速区间检测的精度不高的问题,提出一种多条件阈值约束的零速区间检测算法.该方法结合行人的步态特征,综合加速计和角速度的信号特点,通过设定自适应阈值来提取出人行走过程的零速区间,有效降低了零速检测的误判率.采用该方法对行人不同的行走状态进行零速区间检测检测,结果表明利用多条件约束的零速区间检测方法,在正常行走状态下,零速区间检测成功率达到100％;在跑步、上下楼梯等其他行走状态下,零速区间检测的准确率达到98％以上.

摘要： 在基于MEMS IMU的行人导航系统中,针对常规的仅依靠加速计数据进行零速区间检测的精度不高的问题,提出一种多条件阈值约束的零速区间检测算法.该方法结合行人的步态特征,综合加速计和角速度的信号特点,通过设定自适应阈值来提取出人行走过程的零速区间,有效降低了零速检测的误判率.采用该方法对行人不同的行走状态进行零速区间检测检测,结果表明利用多条件约束的零速区间检测方法,在正常行走状态下,零速区间检测成功率达到100％;在跑步、上下楼梯等其他行走状态下,零速区间检测的准确率达到98％以上.

摘要： 针对不依赖GPS的室内行人导航定位的需求,阐述了一种基于MIMU的室内行人导航方法.该系统由MEMS惯性测量单元组成,固连在行人的鞋面上.室内行人导航算法在传统的捷联算法上引入了零速修正技术,根据行走过程中加速度与角速度的变化特性,设计一种结合滑动方差的多条件检测方法,用于检测零速时刻.然后,通过零速时刻触发扩展卡尔曼滤波器估计位置、速度和姿态的误差信息,并对其进行反馈校正.通过MIMU实物实验验证了该方法的有效性和可行性.

摘要： 一种惯性测量单元(100)，其包括传感器(102)、导热保温主体(201)以及多个加热源(203)，所述传感器(102)设置于所述导热保温主体(201)上；所述惯性测量单元(100)利用多个加热源(203)产生热量，并通过所述导热保温主体(201)将所述多个加热源(203)所产生的热量传导至所述传感器(102)，使所述传感器(102)周围维持预设的温度。

摘要： 本发明涉及惯性导航技术领域，具体涉及惯性测量单元的装配方法，包括以下步骤：步骤一，将底壳和电路板依次水平放入装配工具上的加热槽；步骤二，对底壳和电路板进行装配；步骤三，对装配后涂抹有环氧树脂的部分进行加热；相对比现有的装配方式，底壳和电路板不需要移动至加热箱，直接就可以在装配工具内进行夹紧和加热，简化了组装步骤，避免了因移动造成环氧树脂在底壳和电路板上发生流淌，而且此过程中，装配工具内的快速夹钳持续下压电路板，可避免出现底壳和电路板发生位移的情况；在快速夹钳与防护组件之间设计有弹簧伸缩压柱，将快速夹钳的下压力进行缓冲，避免出现快速夹钳下压力过大导致电路板局部应力超限的情况。

摘要： 一种惯性测量单元(100)，其包括传感器(102)、导热保温主体(201)以及多个加热源(203)，所述传感器(102)设置于所述导热保温主体(201)上；所述惯性测量单元(100)利用多个加热源(203)产生热量，并通过所述导热保温主体(201)将所述多个加热源(203)所产生的热量传导至所述传感器(102)，使所述传感器(102)周围维持预设的温度。

摘要： 本发明提供一种微惯性测量单元筛选方法及组合式微惯性测量装置。筛选方法中，根据多位置法计算角速度转换矩阵，并计算组合式微惯性测量装置随温度变化的陀螺z轴零偏数据，以组合式微惯性测量装置的陀螺x轴或y轴或z轴零偏数据随温度变化的曲线拟合方差最小为标准筛选微惯性测量单元；组合式微惯性测量装置包括至少2个可测量三轴角速度的微惯性测量单元，微惯性测量单元设置于安装平台上。本发明的优点在于利用多个廉价的微惯性测量单元进行组合即可构造较高性能的惯性测量系统，节省成本，具有更高的可靠性，降低温度变化对陀螺零偏的影响，实现了惯性测量装置的有效的误差补偿。

摘要： 本发明公开了一种微惯性测量单元及基于该测量单元的自适应前照灯控制方法，用于解决现有自适应前照灯控制方法安全性差的技术问题。技术方案是微惯性测量单元包括X轴陀螺、Y轴陀螺、Z轴陀螺、三轴加速度计、磁阻传感器、信号调理板和单片机，陀螺感知倾斜角γ、偏航角ψ和俯仰角θ信号，三轴加速度计输出车体在三维空间的重力加速度值。倾斜角γ、偏航角ψ和俯仰角θ信号，以及重力加速度值通过信号调理单元进行调理，进入单片机进行融合处理，得到准确的倾斜角γ、偏航角ψ和俯仰角θ信号及其变化速率信号，单片机根据倾斜角γ、偏航角ψ和俯仰角θ信号及其变化速率信号，将控制信息送入上位机进行控制。由于本发明对于积累误差具有鲁棒性，使得前照灯控制安全可靠。

摘要： 本发明提供了一种高精度集成化微惯性测量单元及惯性导航系统，该微惯性测量单元包括：电路模组、柔性部件和安装骨架，电路模组包括综合信息处理电路模块、陀螺电路模块单元和加速度计电路模块单元，柔性部件用于电连接电路模组中的任意两个电路模块以实现电路模组的一体化，电路模组中的七个电路模块一一对应设置在七个安装台面上。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中因陀螺和加速度计的台体构造和互连部件较为复杂所导致的在同等精度条件下微惯性测量单元体积较大的技术问题。

摘要： 本发明提供一种微惯性测量单元筛选方法及组合式微惯性测量装置。筛选方法中，根据多位置法计算角速度转换矩阵，并计算组合式微惯性测量装置随温度变化的陀螺z轴零偏数据，以组合式微惯性测量装置的陀螺x轴或y轴或z轴零偏数据随温度变化的曲线拟合方差最小为标准筛选微惯性测量单元；组合式微惯性测量装置包括至少2个可测量三轴角速度的微惯性测量单元，微惯性测量单元设置于安装平台上。本发明的优点在于利用多个廉价的微惯性测量单元进行组合即可构造较高性能的惯性测量系统，节省成本，具有更高的可靠性，降低温度变化对陀螺零偏的影响，实现了惯性测量装置的有效的误差补偿。

摘要： 本发明公开了一种微惯性测量单元及基于该测量单元的自适应前照灯控制方法，用于解决现有自适应前照灯控制方法安全性差的技术问题。技术方案是微惯性测量单元包括X轴陀螺、Y轴陀螺、Z轴陀螺、三轴加速度计、磁阻传感器、信号调理板和单片机，陀螺感知倾斜角γ、偏航角ψ和俯仰角θ信号，三轴加速度计输出车体在三维空间的重力加速度值。倾斜角γ、偏航角ψ和俯仰角θ信号，以及重力加速度值通过信号调理单元进行调理，进入单片机进行融合处理，得到准确的倾斜角γ、偏航角ψ和俯仰角θ信号及其变化速率信号，单片机根据倾斜角γ、偏航角ψ和俯仰角θ信号及其变化速率信号，将控制信息送入上位机进行控制。由于本发明对于积累误差具有鲁棒性，使得前照灯控制安全可靠。

摘要： 本发明提供了一种高精度集成化微惯性测量单元及惯性导航系统，该微惯性测量单元包括：电路模组、柔性部件和安装骨架，电路模组包括综合信息处理电路模块、陀螺电路模块单元和加速度计电路模块单元，柔性部件用于电连接电路模组中的任意两个电路模块以实现电路模组的一体化，电路模组中的七个电路模块一一对应设置在七个安装台面上。应用本发明的技术方案，能够解决现有技术中因陀螺和加速度计的台体构造和互连部件较为复杂所导致的在同等精度条件下微惯性测量单元体积较大的技术问题。

摘要： 本实用新型公开了一种微惯性测量单元和惯性测量单元检测设备。所述惯性测量单元包括：陀螺芯片组件、加速度计芯片组件、传感器板组件、控制板和壳体，陀螺芯片组件包括X轴、Y轴和Z轴陀螺芯片，加速度计芯片组件包括X轴、Y轴和Z轴加速度计芯片，传感器板组件包括X轴、Y轴和Z轴传感器板，控制板上安装有第一处理器；其中，X轴、Y轴和Z轴传感器板分别与控制板相连接；X轴、Y轴和Z轴陀螺芯片和X轴、Y轴、Z轴加速度计芯片一一对应的安装于X轴、Y轴和Z轴传感器板上；X轴、Y轴和Z轴传感器板为两两垂直设置，X轴和Y轴传感器板分别与控制板垂直设置，Z轴传感器板与控制板平行设置；传感器板组件和控制板均安装在壳体内部。