基于捷联惯导系统的MEMS陀螺仪信号降噪

发布时间：2017-07-26 15:25

  本文关键词：基于捷联惯导系统的MEMS陀螺仪信号降噪

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【摘要】：随着微机电技术不断地发展,捷联式惯性导航系统快速发展起来。做为捷联式惯性导航系统中不可或缺的惯性测量器件之一,MEMS陀螺仪的输出信号精度将直接影响到系统的导航精度。因此,如何提高MEMS陀螺仪的测量精度一直是惯性导航领域研究的重点。本文以信号采集与处理相关知识和技术为基础,对如何改善惯性导航系统中的MEMS陀螺仪测量精度进行了研究。通过分析惯性导航系统和MEMS陀螺仪的特点,设计了基于DSP芯片的陀螺仪信号采集与处理系统。整个系统分成两部分：前端为陀螺仪信号的采集与传输系统,后端为陀螺仪信号的降噪处理系统,这两个子系统之间通过无线传输的方式传进行数据传输。根据系统的具体要求,给出了相关的外围电路原理图和接口电路设计方案,完成了系统的整体硬件设计。建立了陀螺仪漂移误差的数学模型,使用多种算法分别对陀螺仪输出信号中的随机漂移噪声进行处理。通过仿真实验对比发现,经过改进的第二代小波阈值算法,不需要确定陀螺仪的信号模型就能够进行较好的降噪,是一种通用的降噪方法。但是在需要精确制导的场合,其降噪精度远不如卡尔曼滤波效果好。文章最后设计了一个适用于捷联式惯性导航系统的组合滤波器,使用该组合滤波器可以简单且有效地解决系统的噪声问题,具有一定的工程应用价值。
【关键词】：MEMS陀螺仪 随机漂移噪声 组合滤波器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 课题的研究背景7-8
• 1.2 相关技术的发展及现状8-10
• 1.3 MEMS陀螺仪的发展及研究现状10-12
• 1.4 数据采集与处理技术的发展及现状12-13
• 1.5 论文的主要研究内容13-15
• 2 捷联式惯性导航系统15-24
• 2.1 系统工作原理15-18
• 2.1.1 SINS系统的算法流程16-17
• 2.1.2 捷联式惯性导航系统的关键技术17-18
• 2.2 捷联惯导系统误差分析18-22
• 2.2.1 不同数学形式的误差定义19
• 2.2.2 不同参考坐标系下SINS的误差方程19-22
• 2.3 基于MEMS陀螺的惯性导航系统设计22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 MEMS陀螺仪信号处理总体方案24-42
• 3.1 MEMS陀螺仪的选择24-25
• 3.2 陀螺仪信号的误差分析25-27
• 3.3 信号处理总体方案设计27-28
• 3.4 陀螺仪信号采集系统设计28-32
• 3.4.1 陀螺仪信号调整28-30
• 3.4.2 陀螺仪信号传输30-31
• 3.4.3 信号采集系统软件界面31-32
• 3.5 陀螺仪信号降噪系统设计32-40
• 3.5.1 电源电路设计35-36
• 3.5.2 复位电路和JATG接口电路设计36-37
• 3.5.3 时钟电路设计37
• 3.5.4 外扩RAM与Flash的设计37-38
• 3.5.5 串口电路设计38-39
• 3.5.6 D/A电路设计39-40
• 3.5.7 CAN电路设计40
• 3.6 本章小结40-42
• 4 MEMS陀螺仪信号降噪算法研究42-61
• 4.1 陀螺仪信号数学模型42-43
• 4.2 第二代小波阈值函数43-48
• 4.2.1 第二代小波变换的构建43-44
• 4.2.2 小波阈值的选取44
• 4.2.3 小波阈值函数的改进44-45
• 4.2.4 分解层数45
• 4.2.5 降噪结果45-48
• 4.3 前向预测FIR滤波器48-50
• 4.4 卡尔曼滤波器50-58
• 4.4.1 Kalman滤波原理50-51
• 4.4.2 陀螺随机漂移的平稳性检验51-52
• 4.4.3 陀螺随机漂移的正态性和零均值性检验52-53
• 4.4.4 经典卡尔曼滤波器设计53-57
• 4.4.5 Sage-Husa自适应卡尔曼滤波器57-58
• 4.5 组合滤波器设计58-60
• 4.6 本章小结60-61
• 5 结论与展望61-63
• 5.1 全文总结61
• 5.2 工作展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘刚,屈梁生;自适应阈值选择和小波消噪方法研究[J];信号处理;2002年06期

2 李涛,武元新,薛祖瑞,胡小平,吴美平;捷联惯性导航系统误差模型综述[J];中国惯性技术学报;2003年04期

3 丁国强;李继光;周卫东;崔光照;;SINS误差建模方法及其关系研究[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2009年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 马燕玲;机载航电系统导航信息的融合与管理[D];南京航空航天大学;2013年

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本文编号：577006