关于惯性技术的介绍
白开水2012/03/29航空技术 IP:江苏
我是学习惯性导航的,近些天为了搜索资料,在网上到处都没有看到有关这个专业的集中介绍,甚感郁闷,可能这个专业从事人员太少,或者技术不是很容易让人懂,但是惯性技术做为科技民生来说是很大的一个东西,我们国家也已经有几十年的发展历史了,所以,看到科创论坛这个地方有航空技术的版块,而惯性导航技术又在航空、船舶方面运用得最多,就希望有更多人的来关注这个领域。
据《惯性技术学科发展研究报告2009-2010》中所述,惯性技术是用来实现运动物体姿态和运动轨迹控制的一门技术,它是惯性仪表、惯性稳定、惯性系统、惯性制导与惯性测量等及其相关技术的总称。惯性技术小腹物理、数学、力学、光学、材料学、精密机械学、电子技术、计算机技术、控制技术、测试技术、仿真技术、加工制造及工艺技术等,是一门多学科交叉的技术,主要研究惯性仪表和惯性系统的理论、设计、制造、实验、应用、维护,广泛应用于航空、航天、航海、陆地导航及大地测量、钻井开隧道、地质勘探、机器人、车辆、医疗设备等,以及照相机、手机、玩具等领域,总之,敏感物体运动姿态和轨迹、定位和定向都少不了它。
所以,综上来说,惯性导航技术是一门应用性质很高,前景很广阔的技术,希望有志之士能够相互交流,共享技术成果和研究新得,希望以后能多在这个版块来看到关于惯性技术的帖子,我也会努力向大家推广我的心得的。
来自:航空航天 / 航空技术
31
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~~空空如也
warmonkey
12年2个月前 IP:未同步
381255
不是专业人员玩不起啊,好的测量元件是天价,我们现在也还只是停留在AHRS和GPS辅助测位置的水平上,高端的做不出来。。。
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白开水作者
12年2个月前 IP:未同步
381279
回 1楼(warmonkey) 的帖子
也是啊,一个光纤陀螺都要几十万,不过现在MEMS陀螺价钱已经挺便宜了,这项技术真的有很大的发展空间,希望有同行一起来聊聊。。
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warmonkey
12年2个月前 IP:未同步
381292
MEMS精度非常蛋疼,最好的MEMS陀螺分辨率也只能到1E-3度每秒、零偏1sigma方差1度每小时这个量级,和激光/光纤陀螺仪差两个数量级。。。
所以目前的玩法只能是融合GPS修正位置,同时估计并修正姿态角
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jrcsh
12年2个月前 IP:未同步
381297
汽车导航算不算~~~~ 哈哈
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nm_
12年2个月前 IP:未同步
381329
哈……今天刚刚逛淘宝来着,陀螺仪贵得要死……话说我一直想添陀螺仪和加速度计,想搞无人机……却是囊中羞涩……
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nm_
12年2个月前 IP:未同步
381332
对了,随便再多问一句,lz没有打算普及普及一些惯导?
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warmonkey
12年2个月前 IP:未同步
381342
最便宜的配起来也要70一套,而且只有2度精度的3轴姿态角输出
1w块一套估计能有位置推算
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samhrc
12年2个月前 IP:未同步
381347
能不能用多个低精度器件通过误差平均算法提高精度呢?

军机里就有好几个陀螺互为备份,但是是不是有误差平均电路就不得而知了。
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warmonkey
12年2个月前 IP:未同步
381348
精度加倍差不多价钱加倍,一点便宜也占不到
另外,samhrc最好多弄几个机械陀螺过来,那个可是好东西。精度比现在市场上的IC高几百倍,唯一问题是故障率高
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nm_
12年2个月前 IP:未同步
381353
回 7楼(warmonkey) 的帖子
70元?哪个?精度就没有什么要求了,入门而已
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warmonkey
12年2个月前 IP:未同步
381360
ADXL345+L3G4200D+HMC5883L
这个连门都入不了了,只能意思一下
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samhrc
12年2个月前 IP:未同步
381368
引用第9楼warmonkey于2012-03-29 20:36发表的  :
精度加倍差不多价钱加倍,一点便宜也占不到
另外,samhrc最好多弄几个机械陀螺过来,那个可是好东西。精度比现在市场上的IC高几百倍,唯一问题是故障率高


精度高么? 咱见到的都是拆机的,DTG现在手上有两个,不保证精度还是特傻大笨的那种铁疙瘩(不是军机用的,倒想像是试验品)。到现在还没找到资料怎么驱动。
而且现在用的全部是光学,全部的波音飞机惯性导航系统在80年代就已经淘汰机械陀螺(包括DTG)了。

貌似仅仅在一些测井仪上还有用DTG的。
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warmonkey
12年2个月前 IP:未同步
381370
动力调谐陀螺可靠性很低,3只陀螺组惯导,假设每只陀螺MTBF = 60年,总的MTBF只有2-3年,十分悲剧。。。
业余玩一玩,用机械的非常好,性能比MEMS高1-2个数量级,甚至有可能超过光陀螺。
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samhrc
12年2个月前 IP:未同步
381379
DTG的驱动很难啊。 驱动电路稍微没平衡好里面就撞了。拆过一个,里头距离检测磁头是铁氧体烧结制造的,跟转子间隙不到一毫米。转子转子转速相当快,磁头一撞就裂。结构相当坑爹。

但是感觉传统机械陀螺体积笨重;电源和电池的问题难以解决,不仅驱动转子要中频电源,机芯还要加热。这好几斤重的铁疙瘩还装的上轻型无人机么?而且寿命嘛,找得到的也不好说还有多少寿命。

用几个低精度的微机械芯片互相矫正平均误差。
装进一个恒温槽中,减小温漂。
和高精度的仪器对比,测出误差规律用软件补偿。譬如用待测器件测定一确定角速度的平台,记录并分析输出误差。
真的构造出一个机械平台,用液体摆和附加力矩修正铅锤方向。(可能有点困难,但这样获取姿态的精度很高。)

这些方法到底行不行?有没人试验过。
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nm_
12年2个月前 IP:未同步
381382
烧钱的东西……一直接上来就按w来……这烧不起,慢慢来嘛
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warmonkey
12年2个月前 IP:未同步
381429
回 14楼(samhrc) 的帖子
你说的全部都试过了,统统用上来,也就那样。
误差还是非常大,200块钱一只的陀螺,一小时能漂200度不止。
2w RMB的3轴惯导模块,装2个互相补正,加上恒温槽,估计一小时每个轴会飘3-5度,仍然极为坑爹。

如果用光纤陀螺,一样有机械平台,给陀螺附加角振动。同时最好要恒温。反正极其麻烦。
没有补偿的情况下,光纤陀螺基本等于随机数发生器。。。

做平台惯导可以明显改善精度,实体平台可以隔离振动,性能提高不少,但也不会有几个数量级的跨越。
如果找不到二手机械陀螺,我们宁肯自己做,也不会去用集成块
目前玉兔4就卡在这里了。。。
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samhrc
12年2个月前 IP:未同步
381539
军机用机械陀螺有两大类:
其一是航向陀螺,用于指示方位。
其二是垂直陀螺,用于姿态控制。
LS要求的应该是垂直陀螺了,比较不幸的是机械垂直陀螺都是体积很大的。
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warmonkey
12年2个月前 IP:未同步
381719
你说的是做好的产品
我指的是陀螺仪元件,比如二自由度动力调谐陀螺
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jrcsh
12年2个月前 IP:未同步
381723
有个疑问?  上得要生要死的元件?  有没必要这么高的精度??

就象玩具飞机~~~~  用玩具的就行了
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zinuo_wang
12年2个月前 IP:未同步
381881
太专业了,我都没听过、、、、、
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20120309kc
12年2个月前 IP:未同步
384663
看来真应该弄个这东西好好研究研究。期待楼主的详细普及。造出低价高精度的陀螺。
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samhrc
12年2个月前 IP:未同步
384672
机械陀螺到是真能自制。找得到的原材料也机加工手段能达到相当不错的精度。理论设计的参考书也大把大把的。


但是这个~ 体积也就难以控制了。做大很容易,做小很难。做水桶那么大的就不难,做成拳头大小的业余条件基本不可能。
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白开水作者
12年0个月前 IP:未同步
402164
回 6楼(nm_) 的帖子
可以普及一些,但是得有志同道合的人一起讨论研究啊。。
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palm_5imx
11年2个月前 IP:未同步
509580
精度意味着钱,投入是天文数字。
不过一般用途的,精度控制在可接受的范围,还是可以玩一玩的。
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warmonkey
11年2个月前 IP:未同步
509590
回 24楼(palm_5imx) 的帖子
现在情况又比12年好多了,ADI公司的数字MEMS陀螺仪,比较高端的型号,能达到6-18°每小时的漂移率,估计再到下一代产品出来,大家就可以上MEMS陀螺寻北仪了
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百年海军
11年2个月前 IP:未同步
509591

楼主发了几句言,然后消失了……[s:275]
豪言壮语犹在耳畔,可惜楼主啥也没做,要像彩虹一样,一点点的尝试,总有收获的
+50
科创币
模型爱好者1
2013-05-03
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武装大包子
11年2个月前 IP:未同步
509602
也不知楼主的普及工作做得怎样了,科创欢迎你啊,回来吧~~
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samhrc
11年2个月前 IP:未同步
509659
咱没接触过MEMS组件,这个东西输出是角速率信号吧,属于微分陀螺类的。做自动驾驶仪是不是还要靠AGPS取得姿态信号?MEMS组件有直接出姿态信号的垂直陀螺么?如果飞机大机动转弯MEMS组件受过载影响么?这东西怎么修正?


姿态控制用的积分陀螺不太要求体积和重量的情况下完全可以自己做。这东西没有太多难的不要把它想象成多高科技的东西,手表厂都能做。二百年前就发明的东西没多大难的。理论设计也不太难,学通了高数和普通物理就没有理论障碍。难在精密机械部件微型化。

DTG精度高,但是DTG自制可能性几乎没有~,而且实际上DTG主要做角速率检测用,而不是做姿态控制。就算有真家伙没驱动板也玩不转。这东西特别娇气,不能摔。装在航模上不放心,除非是一次性用途。
这是后来型号用的的,用于自动驾驶仪。

TSZ-1-1.jpg

TSZ-1-2.jpg
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samhrc
11年2个月前 IP:未同步
509666
俺倒是希望LZ能系统的介绍一下,惯性器件,特别是机械式的器件。
仔细说明下细节构造和其中的物理原理。

俺想做个文章说明。但是~~~

一年了也没开始动笔。
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warmonkey
11年2个月前 IP:未同步
509705
回 28楼(samhrc) 的帖子
具体有算法负责修正,核心是卡尔曼滤波,把各种渠道获得的测量数据(不一定要是完备的测量,部分数据也可以),输入到滤波器中,让滤波器推测真实值

AGPS指的是通过网络通信下载星历数据之类的。一般的飞机用普通民用GPS足够,天线必须用好的,装在舱外。要求高精度可以用DGPS,通过标准测量站估计出伪距误差,送给用户做修正。

推测姿态的流程大概是这样
姿态+GPS坐标->真实加速度->加速度计零漂->扣除零漂的加速度->加速度倾角->姿态数据修正,姿态+陀螺仪->新的姿态,姿态修正+陀螺仪数据->陀螺仪零点,陀螺仪测量原始值+陀螺仪零点->陀螺仪测量值
修正环路的时间常数/滤波器协方差项设置得非常大,根据器件性能,一般每小时修正量在0.1-50度之间。
如果陀螺零漂小于3度每小时,可以考虑使用陀螺寻北辅助磁罗盘对航向角进行修正。

输出角速度,角增量,角度数值,都可以输入计算机处理,得到姿态角和角速度。
驱动板制作没有想象的那么难,现在的电子和控制水平,比n年前已经好得多了,有DTG就放心大胆用[s:274]
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