MEMS陀螺捷联惯导系统标定方法研究

发布时间：2017-08-24 19:50

  本文关键词：MEMS陀螺捷联惯导系统标定方法研究

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【摘要】：微惯性技术是近些年导航学科迅速成长起来的重要分支。基于MEMS陀螺的小型捷联惯导系统拥有成本低、尺寸小、集成高度、自主性强等特点,在国民经济和军事国防领域都有着重要的用途。随着微机电产业和IC制造工艺的不断进步,MEMS陀螺有取代其它中低精度陀螺的趋势。国内与国外的相关机构非常的重视微惯性导航系统的开发与应用。目前常见的MEMS惯组测量精度较低,因此研究如何提高MEMS惯组的测量精度有着重大的实际意义。通过建立MEMS陀螺惯组的数学模型,对其进行标定和补偿是提高MEMS惯组性能的重要方式,本论文针对现有的MEMS陀螺惯组进行误差建模和标定补偿的研究。首先,阐明了基于MEMS陀螺的小型捷联惯性导航系统的基本理论,对常用坐标系及其变换进行了说明。开展了MEMS惯组的误差特性分析,研究各项误差对捷联惯性导航系统的影响。MEMS惯组的随机噪声对惯组的精度有着很大的影响,本文采用Allan方差方法对陀螺的五种主要噪声:量化噪声、角度随机游走、零偏不稳定性、随机游走和速率斜坡进行分析,评估了各噪声源的大小。其次,根据MEMS陀螺惯组的特点,建立了MEMS惯组的误差模型,并研究MEMS惯组的分立标定方法。基于三轴转台,设计了分立标定的速率实验和静态多位置实验,给出了各模型参数的计算方法,结合仿真实验验证分立标定方法的实用性。通过坐标系转换的方法说明了转台误差对标定模型参数的影响。接着,针对分立标定依赖转台精度的问题,研究了MEMS陀螺的系统级标定理论,根据导航误差方程设计了30维的Kalman滤波器。并对MEMS陀螺惯组的系统级标定方法进行了仿真实验。最后,在转台实验中,通过分立标定与系统级标定结果的对比,说明了系统级标定方法可以减小MEMS惯组标定对转台的依赖程度,有利于提高惯组标定的精度,并满足中低精度领域的应用需求。
【关键词】：MEMS惯性组合 捷联惯导 Kalman滤波 分立标定 系统级标定
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 MEMS惯组器件与MIMU技术的发展11-14
• 1.2.2 MEMS惯组标定及补偿研究现状14-16
• 1.3 本文的主要研究内容和章节安排16-17
• 第2章 小型捷联惯性测量系统误差模型17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 小型捷联惯导系统的基本理论17-18
• 2.3 捷联惯导系统中常用坐标系18-20
• 2.3.1 常用的坐标系18-19
• 2.3.2 坐标转换19-20
• 2.4 MEMS陀螺惯组的误差特性20-23
• 2.4.1 零偏误差20-21
• 2.4.2 刻度因数21
• 2.4.3 安装误差21-23
• 2.5 MEMS惯性器件的随机误差23-29
• 2.5.1 Allan方差的原理23-24
• 2.5.2 噪声源24-27
• 2.5.3 Allan方差实验结果分析27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 MEMS惯性测量组件的分立标定30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 MEMS陀螺惯组误差建模30-32
• 3.2.1 MEMS陀螺的误差补偿模型30-31
• 3.2.2 加速度计误差补偿模型31-32
• 3.3 MEMS陀螺惯组分立标定方法32-41
• 3.3.1 角速率实验32-35
• 3.3.2 多位置静态标定实验35-39
• 3.3.3 仿真结果分析39-41
• 3.4 转台误差对标定结果的影响41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 MEMS惯性测量组件的系统级标定45-60
• 4.1 引言45
• 4.2 系统级标定的惯性器件误差模型45-46
• 4.3 捷联惯导系统的误差模型46-49
• 4.3.1 姿态误差模型46-48
• 4.3.2 速度误差模型48-49
• 4.3.3 位置误差模型49
• 4.4 系统级标定的Kalman滤波器模型49-52
• 4.4.1 Kalman滤波器的基本原理49-50
• 4.4.2 系统的状态方程50-52
• 4.4.3 系统的测量方程52
• 4.5 系统级标定的仿真分析52-59
• 4.5.1 仿真条件设定52-54
• 4.5.2 仿真实例54-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 MEMS-IMU标定实验与分析60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 标定实验的设备和标定流程60-62
• 5.2.1 标定设备60-61
• 5.2.2 标定实验流程61-62
• 5.3 MEMS惯组标定试验的结果与分析62-66
• 5.3.1 分立式标定静态多位置验结果62-64
• 5.3.2 分立式速率实验标定结果64-65
• 5.3.3 系统级标定实验结果65-66
• 5.4 MEMS惯组分立标定与系统级标定实验分析66-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75-77
• 致谢77

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 董景新;;微机械惯性仪表在国内外的发展[A];2003年惯性技术科技工作者研讨会论文集[C];2003年

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本文编号：732795