1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
4 中国科学院大学 杭州高等研究院 基础物理与数学科学学院, 杭州 310024
为了满足惯性传感器地面弱力测量系统的超高温度稳定性要求，对整个系统进行了热设计。首先，介绍了惯性传感器地面弱力测量系统的结构、敏感结构传热路径和内部热源。其次，根据系统热控指标要求，提出了采用三级热控结构和比例积分微分(PID)控制算法相结合的高精度热控方式，减少温度噪声对惯性传感器探测灵敏度的影响。然后，采用UG/NX软件建立有限元模型，并进行了不同工况条件下的热分析计算，得到了惯性传感器地面弱力测量系统在时域上达到平衡后的温度变化值为(1.2~1.6) ×10−5 K。最后，将惯性传感器地面弱力测量系统在时域上的温度分布在频域上进行描述，得到惯性传感器敏感结构的温度稳定性结果。分析结果表明，在当前热控措施下，惯性传感器敏感结构的温度稳定性均优于10−4 K/Hz1/2，满足热控指标需求，热设计方案合理可行。
引力波 惯性传感器 热设计 PID控制 gravitational wave inertial sensor thermal design PID control
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室-仿生视觉系统实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海科技大学信息科学与技术学院, 上海 201210
视觉惯性信息融合的同时定位和建图(SLAM)技术是机器人导航领域的热点问题。多模态数据同步是数据融合算法的前提,其关键在于获取不同传感器采集时刻的准确时间戳。视觉传感器的时间戳可通过硬件方法准确获得,而惯性传感器的时间戳通常粗略地用输出时间代替,这必将导致视觉惯性融合算法精度的降低。针对该问题提出了一种视觉惯性传感器的时间同步标定方法。首先设计了一种基于平面单摆的标定装置,视觉传感器与惯性传感器在平面单摆运动中独立捕获数据,并基于同一时钟添加时间标记;其次,提出了基于最小二乘法估计摆锤重心角位移函数和角速度函数的方法;最后,通过比较两个函数的相位差获得惯性传感器的输出延时和时间戳。实验结果表明所提方法的重复标定均方差为0.018 ms,这证明所提方法的有效性。
机器视觉 时间同步标定 单摆标定装置 视觉惯性同步 视觉惯性传感器 数据采集时间戳 光学学报
2021, 41(24): 2415002
中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
高过载条件下姿态测量是一个公认的难题, 其原因主要是角速度传感器难以经受高过载的冲击。基于微机电系统(MEMS)技术的陀螺作为解决高过载姿态测量问题的核心器件, 其抗高过载能力直接制约着惯性导航系统在高过载环境中的应用。首先, 介绍了弹药发射和侵彻两种典型高过载环境的特性, 概括了在高过载环境中MEMS陀螺的响应类型; 其次, 总结了高过载条件下MEMS陀螺的失效模式, 包括完全失效和功能性失效; 然后, 介绍了国内外在抗高过载MEMS陀螺方面的研究进展; 最后, 分别从器件设计和工程应用角度出发, 提出了MEMS陀螺抗高过载的设计方法和应用思路。
惯性传感器 高过载 姿态测量 微机电系统(MEMS)陀螺 失效模式 inertial sensor high overload attitude measurement MEMS gyroscope failure mode
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
惯性传感器被广泛应用于地球重力场反演、等效原理验证等科学实验中, 用来测量空间非保守力作用引起的微小加速度扰动以实现航天器的无拖曳控制。目前国内外正在大力开展的空间引力波探测计划中, 惯性传感器作为核心测量载荷主要用于屏蔽外界噪声扰动, 并通过静电控制和微推进器的测量及补偿实现测试质量在空间敏感轴方向自由漂浮运动。本文以静电悬浮式惯性传感器电容结构为基础, 结合系统静电力驱动控制的工作原理, 并以实际的加工条件为依据, 对电极不对称性这一系统自身的误差来源展开分析, 通过对各种不对称情况的系统性能影响比较分析, 得到电极不对称性对于系统性能, 特别是量程损失的影响显著。在此基础上结合实际加工条件得出将加工线度尺寸误差控制在10 μm以内, 面积不对称性控制在1%~2%之间的基本要求, 以降低其对系统测量范围的限制, 进而提高科学目标。
惯性传感器 敏感结构 电极不对称 量程 inertial sensor sensitive structure electrode asymmetry measuring range
上海交通大学 电子信息与电气工程学院, 上海 200240
实时跌倒检测能有效降低老人因跌倒导致的身心伤害, 提高老人的独居能力和健康水平。为提高基于惯性传感器的跌倒检测系统的准确率, 降低系统误报率和漏报率, 提出了应用基于径向基函数的支持向量机算法实现跌倒判定。首先, 应用佩戴在人体腰间的便携式跌倒检测系统完成数据的采集; 然后, 利用基于径向基函数(RBF)的SVM分类器标记疑似跌倒行为, 并利用粒子群算法完成分类算法中惩罚因子C和RBF参数g的优化。结果表明, 在区分跌倒与类似跌倒的日常活动时, 基于SVM算法的跌倒检测系统准确率、误报率和漏报率分别为97.67%, 4.0%和0.67%。与传统的阈值方法相比, 跌倒检测性能有很大提高, 从而加强了该系统在老人跌倒检测中的应用。
跌倒检测 惯性传感器 机器学习 支持向量机 粒子群优化 径向基函数 fall detection inertial sensor machine learning SVM Particle Swarm Optimization RBF
军械工程学院军械技术研究所, 河北 石家庄 050003
为满足现代复合光电系统多光轴一致性的在线检测需求, 提出一种基于光学自动瞄准和惯性测量的大间距多光轴夹角测量方法。利用惯性传感器提供一个准确且可移动的基准坐标系, 瞄准被测光轴并测量其在基准坐标系中的单位向量坐标, 再由向量坐标计算光轴夹角, 以此检测光轴一致性。构建了测量系统的原理样机, 并采用蒙特卡罗法对其测量不确定度进行评定。对复合光电系统中激光测距机与红外热像仪的光轴一致性进行实际检测, 实验结果表明, 激光发射轴与瞄准轴的一致性测量误差为24.4″, 红外热像仪光轴与瞄准轴的一致性测量误差为27.0″。采用移动测量的方式, 扩大了测量范围、提高了测量效率, 为野外环境下大间距多光轴一致性在线检测提供了一种有效的手段。
测量 多光轴一致性 在线检测 大间距 惯性传感器
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
由于测控成本和有效载荷的限制, 一般采用微机电系统(MEMS)惯性传感器来测量小型无人机的飞行姿态。在MC9S12XS128单片机上通过嵌入式软件编程实现了卡尔曼滤波算法, 并在JZJ-1型自准直仪转台上对MEMS加速度计和陀螺仪的输出信号进行了数据融合试验, 较好地解决了MEMS惯性测量系统的零漂和机械振动干扰问题。
姿态测量 微机电系统 惯性传感器 卡尔曼滤波 attitude determination MEMS inertial sensor Kalman filter
南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
提出了一种基于图像三维信息及摄像机运动参数的图像匹配算法, 用于解决智能监控系统中图像匹配实时性差、鲁棒性低等问题。该算法分别利用惯性传感器和Kinect摄像机估计出摄像机的运动外参矩阵和图像的深度信息, 再根据射影几何原理, 结合当前帧图像的像素坐标计算出该像素点在下帧图像的像素坐标, 从而完成图像匹配。利用该算法对实际采集的图像序列进行了分析与处理, 并从配准精度、鲁棒性和实时性方面与经典匹配算法KLT进行对比。实验结果表明: 该算法极大地降低了计算量和计算时间, 不仅能满足智能监控系统对图像匹配精度和稳定性的要求, 更能满足系统实时性的要求。
图像匹配 摄像机运动参数 惯性传感器 Kinect摄像机 实时性 image matching parameters of camera motion inertial sensor Kinect camera real time
提出利用多个MEMS传感器组合定姿的方法,该方法利用加速度计的输出判断载体运动状态,采用EKF滤波算法对其状态进行估计,并在滤波算法中应用加速度计和磁强计组合计算所得的姿态信息作为对陀螺漂移的补偿,最后通过数据融合修正其姿态角。
惯性传感器 EKF滤波 漂移 数据融合 inertial sensor EKF filtering MEMS MEMS drift data fusion
1 桂林电子科技大学 信息与通信学院，广西 桂林 541004
2 中国科学院光电技术研究所，成都 610209
针对光电跟踪系统惯性传感器信号特点，本文提出通过小波分析的方式确定相关Kalman 滤波的模型及参数。该方法利用小波分析的优良特性，采用先将信号进行去噪处理，然后对去噪后的信号进行AR 建模。根据小波去噪后的信号比较接近真实信号，将得到的观测噪声方差乘以一个小于1 的系数后作为系统的过程噪声方差，从而确定模型的噪声参数。仿真实验结果表明，该方法不仅对惯性传感器的静态数据有很好的效果，而且对其动态观测数据也有良好的效果。同时，该方法不仅对光电跟踪系统有效，而且还具有一定的通用性。
小波分析 Kalman 滤波 AR 建模 惯性传感器 光电跟踪系统 wavelet analysis Kalman filtering AR modeling inertial sensors optoelectronic tracking system
