复杂机载环境下的MEMS航姿系统性能优化技术研究

发布时间：2017-11-23 19:09

  本文关键词：复杂机载环境下的MEMS航姿系统性能优化技术研究

  更多相关文章： MEMS航姿系统 MEMS惯性器件 MEMS陀螺仪阵列 振动 高动态环境

【摘要】：航姿参考系统(AttitudeHeading Reference System,AHRS)作为现代飞行器必备的航电系统可以为载体实时地提供姿态与航行信息。由于未来飞行器对小型化、智能化与高机动化的发展需求,基于MEMS惯性传感器的MEMS航姿系统发展潜力巨大。现代飞行器由于其飞行特性不断提升和飞行环境不断恶化,因此提高MEMS航姿系统的输出精度和优化机载复杂环境下的输出性能是十分必要的。针对MEMS航姿系统中核心器件MEMS陀螺仪的精度较低的问题,本文研究了MEMS陀螺仪的误差模型,设计了相应的MEMS陀螺仪分布式标定补偿算法进行估计和补偿确定性误差,并通过ALLAN方差的方法辨识出随机误差项。基于同类型传感器信息融合理论设计了MEMS陀螺仪阵列,并对MEMS陀螺仪阵列的输出性能和影响因素进行了分析,为提高MEMS陀螺仪精度奠定了基础。考虑到飞行过程中振动对MEMS航姿系统输出性能的影响,本文从振动源出发分析了MEMS航姿系统在不同类型振动源下的响应特性。根据MEMS惯性传感器在振动环境下的响应特性研究分析了MEMS航姿系统的减振方案,并通过振动环境试验验证了该减振方案的有效性。针对高动态环境下由于机动加速度的存在,导致MEMS加速度计无法精确估计重力加速度的问题。本文分析研究了飞行过程高动态环境下的MEMS惯性传感器响应特性,并对机动环境进行了分类。后续设计了基于神经网络分类的机动检测器检测机动状态,并设计了基于高斯-牛顿法的扩展卡尔曼滤波器用于减小切换状态下的误差。然后根据盘旋状态下的力学模型,研究了机动加速度补偿算法;最后基于飞行数据仿真验证了上述算法对提高MEMS航姿系统高动态环境下输出性能的有效性。论文基于实际系统进行了其在不同环境下的性能测试,包括转台环境精度测试用于模拟动态环境、振动台环境性能测试以及实际飞行试验精度测试。各项测试结果表明,MEMS航姿系统在不同复杂环境能够准确地、可靠地测量载体的姿态。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.3

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本文编号：1219501