基于MEMS-IMU寻北定向技术研究

发布时间：2017-09-13 10:27

  本文关键词：基于MEMS-IMU寻北定向技术研究

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【摘要】：惯性寻北技术是惯性领域的重要组成部分，是现代导航系统能够快速、精确定向的重要保障技术之一。基于微机电系统技术的陀螺仪是一种新型角速度传感器，具有成本低，重量轻，功耗小等优点，与传统的机械与光学陀螺相比具有很大的优越性。 综合分析了寻北技术的分类及捷联陀螺寻北设备的发展现状，并且对目前MEMS-IMU主流产品的性能指标进行了市场调研。论文结合当前惯性陀螺寻北仪的发展需要，，基于现有国产的微机械惯性测量单元(MEMS-IMU)，进行了全面的寻北技术研究。 论文对陀螺寻北技术中的静态寻北法（单位置寻北、二位置寻北、四位置寻北）、卡尔曼滤波法以及连续旋转调制法进行了详细地介绍，并对各个方案中影响陀螺寻北精度的误差因素进行了分析和总结。 单轴位置转台、单轴速率位置转台以及相应的软件程序构成了论文的实验基础。论文首先针对研究用到的MEMS-IMU设计数据采集程序，利用Allan方差法对原始数据进行分析，得到实验用到的IMU的性能指标。然后分别设计二位置寻北实验，卡尔曼滤波寻北实验以及连续旋转调制寻北实验，对论文提出的各种MEMS-IMU寻北方案进行实验验证，并给出寻北精度水平，其中MEMS-IMU连续旋转调制寻北的重复性精度能够达到5°以内。
【关键词】：MEMS-IMU 寻北 卡尔曼滤波 旋转调制技术
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN966
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 MEMS-IMU 的由来及发展10-12
• 1.1.1 惯性导航系统中的 IMU10-11
• 1.1.2 MEMS 技术与惯性器件的融合11-12
• 1.2 国内外陀螺寻北技术发展概况12-15
• 1.2.1 罗经式寻北仪发展现状13-14
• 1.2.2 捷联式陀螺寻北仪发展现状14-15
• 1.3 MEMS-IMU 寻北技术研究的意义15-16
• 1.4 论文研究的主要内容16-18
• 第2章 MEMS-IMU 静态寻北方案18-31
• 2.1 基础知识18-20
• 2.1.1 常用坐标系18-19
• 2.1.2 静态寻北基本原理19-20
• 2.2 MEMS-IMU 几种静态寻北方案20-29
• 2.2.1 单位置寻北21-23
• 2.2.2 二位置寻北23-26
• 2.2.3 四位置寻北26-29
• 2.3 陀螺静态寻北误差分析29-30
• 2.4 小结30-31
• 第3章 卡尔曼滤波技术在 MEMS-IMU 寻北定向中的应用31-39
• 3.1 卡尔曼滤波基本方程31-33
• 3.2 捷联惯性导航系统更新算法33-34
• 3.2.1 姿态更新微分方程33
• 3.2.2 速度更新微分方程33-34
• 3.2.3 位置更新微分方程34
• 3.3 捷联惯性导航系统误差微分方程34-36
• 3.3.1 姿态误差微分方程34
• 3.3.2 速度误差微分方程34-35
• 3.3.3 位置误差微分方程35-36
• 3.4 卡尔曼滤波在 MEMS-IMU 寻北定向中的应用36-37
• 3.4.1 卡尔曼滤波方程的建立36-37
• 3.4.2 实验数据仿真结果37
• 3.5 小结37-39
• 第4章 MEMS-IMU 旋转调制寻北方案39-50
• 4.1 旋转调制寻北技术原理39-40
• 4.2 MEMS-IMU 旋转调制寻北方案设计40-48
• 4.2.1 调制频率和采样频率的选择40-41
• 4.2.2 数字滤波器的设计41-43
• 4.2.3 最小二乘相关检测43-48
• 4.2.4 寻北值的解算48
• 4.3 MEMS-IMU 旋转调制寻北方案实现48-49
• 4.3.1 微机械惯性测量单元的寻北输出48-49
• 4.3.2 微机械惯性测量单元旋转调制寻北方案49
• 4.4 小结49-50
• 第5章 基于 MEMS-IMU 的寻北定向实验50-66
• 5.1 实验用 MEMS-IMU 介绍50-56
• 5.1.1 MEMS-IMU 简介及通信协议50-51
• 5.1.2 数据采集模块软件实现51-54
• 5.1.3 运用 Allan 方差分析 MEMS-IMU 随机误差性能54-56
• 5.2 MEMS-IMU 二位置寻北实验56-60
• 5.2.1 实验准备56-57
• 5.2.2 实验过程57-58
• 5.2.3 实验结果与分析58-60
• 5.3 MEMS-IMU 四位置寻北实验60-62
• 5.3.1 实验准备60
• 5.3.2 实验过程60
• 5.3.3 实验结果与分析60-62
• 5.4 MEMS-IMU 连续旋转调制寻北实验62-66
• 5.4.1 实验准备62-63
• 5.4.2 实验过程63-64
• 5.4.3 实验结果与分析64-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：843173