基于改进卡尔曼滤波的虚拟陀螺研究

发布时间：2017-09-18 03:40

  本文关键词：基于改进卡尔曼滤波的虚拟陀螺研究

  更多相关文章： 虚拟陀螺 卡尔曼滤波 误差模型 系统仿真

【摘要】：基于MEMS技术的微陀螺具有广泛的应用前景,但目前微陀螺的精度尚不能满足中高精度的应用需求,如何提高微陀螺的精度成为该领域的热点和难点问题,具有重要的理论意义与社会价值。本文研究基于虚拟陀螺技术提高MEMS陀螺测量精度的方法。利用微陀螺的特点,采用多个微陀螺构成陀螺阵列,建立虚拟陀螺,利用微陀螺误差分布特点通过卡尔曼滤波提高虚拟陀螺的测量精度。本文首先介绍了微陀螺的发展概况;对陀螺的测量原理及误差进行了分析讨论,在此基础上,建立了虚拟陀螺误差模型,介绍了基于Allan方差的陀螺误差参数测试方法并据此进行了微陀螺的Allan方差计算与误差分析。其次,介绍了采用多陀螺组合成虚拟陀螺的设计原理及卡尔曼滤波原理,推导了虚拟陀螺系统的模型与滤波方程,为提高虚拟陀螺精度,提出了一种改进的卡尔曼滤波算法,仿真结果表明,改进的卡尔曼滤波方法有效提高了滤波的精度与鲁棒性。再次,介绍了虚拟陀螺仿真系统的设计与开发。用户可通过GUI界面,输入时间参数、运动物体各项运动参数及陀螺仪与加速度计的各项误差参数后,模拟陀螺仪的输出,为设计虚拟陀螺系统提供实验仿真平台。根据仿真实验,分析讨论了虚拟陀螺中陀螺个数与测量精度的关系。仿真结果表明,陀螺个数越多,组合陀螺仪输出估计残差越小;其中六陀螺组合的虚拟陀螺输出估计残差标准差与单陀螺相比减小了85%。本文基于虚拟陀螺技术研究提高微陀螺测量精度的方法,将多个低成本低精度的微陀螺构成陀螺阵列,通过卡尔曼滤波算法,将输出数据进行融合,构成虚拟陀螺系统,仿真结果表明,虚拟陀螺的精度得到了明显提高。本文所取得的成果,对于进一步研制虚拟陀螺具有重要的借鉴意义。
【关键词】：虚拟陀螺 卡尔曼滤波 误差模型 系统仿真
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96;TN713
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 MEMS惯性器件研究现状概述11-13
• 1.2 惯性器件测试研究现状13-14
• 1.3 虚拟陀螺技术研究现状14-16
• 1.4 论文主要内容与安排16-17
• 第二章 陀螺原理及误差分析17-24
• 2.1 微机械陀螺仪17-18
• 2.2 微机械陀螺仪误差分析18-19
• 2.3 陀螺仪随机漂移误差分析19-23
• 2.3.1 基于Allan方差的随机漂移误差的分析20-22
• 2.3.2 仿真数据分析22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 虚拟陀螺系统设计24-43
• 3.1 同质传感器信息融合原理24-26
• 3.2 卡尔曼滤波原理介绍26-29
• 3.2.1 最小方差估计理论26-28
• 3.2.2 离散型卡尔曼滤波基本方程28-29
• 3.3 虚拟陀螺设计方案29-30
• 3.4 误差模型及滤波算法模型建立30-33
• 3.5 陀螺仪仿真实验33-42
• 3.5.1 多陀螺单轴滤波仿真实验36-38
• 3.5.2 改进的卡尔曼滤波算法38-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 运动轨迹与惯性传感器仿真原理43-59
• 4.1 概述43
• 4.2 惯性导航常用坐标系43-47
• 4.3 捷联姿态解算基本原理47-51
• 4.4 飞行姿态仿真51-55
• 4.4.1 坐标转换51-52
• 4.4.2 飞行航迹数据仿真52-53
• 4.4.3 陀螺仪输出53-54
• 4.4.4 加速度计输出仿真54-55
• 4.5 仿真结果与分析55-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 虚拟陀螺仿真系统设计与实现59-69
• 5.1 仿真系统总体设计59-60
• 5.2 仿真系统框图60
• 5.3 仿真系统功能与界面设计60-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 张鹏;常洪龙;苑伟政;胡敏;;虚拟陀螺技术研究[J];传感技术学报;2006年05期

2 马从兵;;硅微陀螺信号前向线性预测滤波方法研究[J];传感技术学报;2008年02期

3 金光明;张国良;陈林鹏;田琦;;MEMS陀螺仪静态漂移模型与滤波方法研究[J];传感器与微系统;2007年11期

4 李杰;刘俊;张文栋;杨卫;;MEMS陀螺仪随机误差补偿方法研究[J];中北大学学报(自然科学版);2009年04期

5 柏菁,刘建业,袁信;模糊自适应卡尔曼滤波技术研究[J];信息与控制;2002年03期

6 刘建锋;丁传红;王医民;;基于Allan方差的激光陀螺信号分析[J];仪器仪表学报;2007年S1期

7 翁海诠;任春华;张敬栋;杨佳蒙;赵巧宏;;基于最小分辨率的MEMS陀螺漂移抑制方法研究[J];仪器仪表学报;2011年10期

8 高宗余;方建军;于丽杰;;MEMS传感器随机误差Allan方差分析[J];仪器仪表学报;2011年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张鹏;微机械陀螺的高精度“虚拟”实现方法研究[D];西北工业大学;2007年

，

本文编号：873199