MEMS惯性组合自标定与应用

发布时间：2020-11-16 19:44

　　 随着微机电系统(MEMS)技术不断拓新,MEMS惯性器件越来越多的应用到军事、工业、医疗等行业。现代化战争对制导武器的打击精度提出了更高的要求,高精度的惯性导航系统是提高精度的必要条件,这要求导航系统通过组装更精确的惯性测量装置来满足需要。相比于传统的惯性器件,MEMS惯性器件以其成本和体积等方面的优势其应用受到了更多的重视,但其测量精度仍是制约其应用发展的主要瓶颈。为了提高MEMS惯性组合的适用范围,对MEMS惯性器件的标定技术研究日趋活跃,本文以MEMS惯性组合的在线自标定的方法为主要研究方向,主要研究了MEMS惯性器件的基本原理和输出误差模型,建立了MEMS惯性器件的误差模型,根据模型方程设计了MEMS陀螺仪的实验室标定方法,通过重力场实验法对加速度计进行了标定,给出了具有工程应用价值的MEMS惯性组合的整机测试方法。通过对MEMS惯性器件的应用研究,设计了由MEMS芯片构成的惯性组合的系统方案,由ARM芯片的搭建了MEMS器件硬件,选取了与总体精度相适宜的陀螺仪和加速度计,提出了MEMS惯性器件设计的关键技术。研究了惯性导航技术,完成了由惯性器件输出到载体姿态、速度和位置的更新方法设计,通过四元数更新法对载体姿态进行更新计算,并完成速度和位置更新解算完成基于MEMS惯性器件的惯性导航应用研究。在MEMS惯性组合应用研究基础之上,重点研究了MEMS惯性器件的发射前在线标定方法,由弹体起竖过程建立了相应位置条件下的状态方程,建立了由导航输出结果构成了观测量,对状态方程进行模型简化,采用导弹在起竖过程中弹体姿态的变化,建立在各个姿态角度变化条件下的误差方程,获得在线校准方程的简化模型,将测量值带入模型方程并进行求解,通过卡尔曼滤波法分配惯性组合的误差源,根据仿真实验数据进行仿真分析,仿真结果显示在5s内实现了零偏估计值的估计并达到收敛效果,通过仿真验证了自校准方法的可行性,惯性器件的零偏移估计值能有效的被预估,且估计值高度接近于真值和参考值,实现了对MEMS惯性器件的在线自标定。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TJ765.3;TN96
【部分图文】：

松下公司的石英陀螺结构

松下公司的石英陀螺的模具结构

美国BEI公司的石英陀螺结构
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本文编号：2886583