基于MEMS惯性传感器的AHRS系统关键技术研究
发布时间：2020-12-12 05:50
基于微电子机械系统(MEMS)惯性传感器的航姿参考系统(AHRS)由于功耗低、成本低、体积小等突出优点,在生活、工业和军事等领域被广泛应用。然而,AHRS由于传感器精度、姿态解算方法和外部环境影响,制约了其输出姿态的精度,限制了其应用范围。本文以提升AHRS应用范围为目的,对MEMS惯性传感器的AHRS所涉及的关键技术进行研究,提高AHRS姿态信息解算精度。在AHRS中,影响姿态信息精度的误差源有MEMS惯性传感器自身误差、磁强计自身误差、随机噪声误差、外部加速度干扰和MEMS惯性传感器输出信息的融合误差。针对上述误差因素,本文提出了如下研究思路和方法:首先,针对MEMS惯性传感器自身标定。本文提出利用加权最小二乘法对陀螺仪和加速度计自身确定性误差进行标定,该方法能有效抑制误差较大测量值在用最小二乘法拟合时带来的拟合误差,提高确定性误差标定精度;利用Allan方差法建立随机误差模型,对随机误差进行分析。针对磁强计校准。磁强计自身输出数据存在误差,根据椭圆理论,建立圆周模型,通过拟合对磁强计进行校准。其次,针对随机噪声方差的抑制。本文提出一种基于贝叶斯拉普拉斯卡尔曼滤波(BLKF)方法的...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
坐标系示意图
图 3- 1 LPMS-B 蓝牙传感器Fig.3-1 LPMS-B Bluetooth sensor六速率法和六位置法进行数据采集，使用六数据采集组数，减少实验所需时间，提高标率法对陀螺仪进行标定。将 LPMS-B 传感器转台中心，对 Z 轴采集以 30°/s、40°/s、角速度旋转的六组数据，将每组数据通过拉依据，对剩余数据求均值。获得如表 3-1 所示表 3- 1 LPMS-B 传感器角速度数据Tab.3-1 Angular velocity data of LPMS-B Sensor转台 Z 轴角速度（°/s）X 轴角速度（°/s）Y 轴角速度（°/s）30 -0.3805 -1.4934 40 -0.4048 -2.0194 50 -0.2017 -2.4435 -30 -0.1107 1.4066
图 3- 2 LPMS-B 传感器陀螺仪三轴标定Fig.3-2 Three axis calibration of gyroscope of LPMS-B sensor2）采用六位置法对加速度计进行标定。将 LPMS-B 传感器 X 轴向上面放置在水平转台面内，同理，将 X 轴向下、Y 轴向上、Y 轴向下 轴向下放置在转台上。每个位置采集一段时间数据；将六组数据通进行处理，剔除误差较大的数据，对剩余数据求均值。获得如表 3-表 3- 2 LPMS-B 传感器六位置法加速度计数据Tab.3-2 Accelerometer data of six position method of LPMS-B sensor序号 位置方向 X 轴加速度（m/s2）Y 轴加速度（m/s2）Z 轴加速度（m/s2）1 X 轴向上 -9.7097 -0.0697 -0.06302 X 轴向下 9.5022 0.1111 0.02343 Y 轴向上 -0.0070 -9.7005 0.06704 Y 轴向下 -0.1615 9.5453 -0.04445 Z 轴向上 -0.1426 0.0226 -9.70026 Z 轴向下 -0.1204 0.1305 9.6068
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双回路扩展卡尔曼滤波的惯性平台连续自标定[J]. 王琪,汪立新,秦伟伟,沈强. 宇航学报. 2017(06)
[2]基于CKF的非线性船体变形惯性测量方法[J]. 徐博,王艺菲,单为. 哈尔滨工程大学学报. 2017(02)
[3]基于加权最小二乘法的空间目标模拟器平面度测量与补偿研究[J]. 李凯,胡英辉,袁泉,袁峰. 光电子·激光. 2016(02)
[4]农业机械导航系统中MEMS加速度计的标定及应用[J]. 陈瑜,张铁民. 农机化研究. 2015(12)
[5]MEMS陀螺随机漂移误差系数的动态提取[J]. 徐定杰,苗志勇,沈锋,田春苗. 宇航学报. 2015(02)
[6]MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究[J]. 彭孝东,陈瑜,李继宇,闫国琦,张铁民. 传感器与微系统. 2013(06)
[7]基于容积卡尔曼滤波的卫星姿态估计[J]. 魏喜庆,宋申民. 宇航学报. 2013(02)
[8]关于加权最小二乘法中权函数的选择问题[J]. 曾伟生. 中南林业调查规划. 1996(01)
硕士论文
[1]高精度低成本无人机AHRS应用系统研究[D]. 吴培鑫.深圳大学 2016
[2]微型航姿系统的设计与姿态解算算法研究[D]. 刘琼.重庆邮电大学 2016
[3]MEMS陀螺捷联惯导系统标定方法研究[D]. 王如胜.哈尔滨工业大学 2015
[4]无人机航姿参考系统开发及信息融合算法研究[D]. 袁政.中南大学 2012
[5]MEMS惯导系统标定补偿技术及导航姿态算法研究[D]. 钟钧宇.哈尔滨工程大学 2011
[6]MIMU/磁强计航姿参考系统研究[D]. 盛庆轩.国防科学技术大学 2009
本文编号：2911971
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
坐标系示意图
图 3- 1 LPMS-B 蓝牙传感器Fig.3-1 LPMS-B Bluetooth sensor六速率法和六位置法进行数据采集，使用六数据采集组数，减少实验所需时间，提高标率法对陀螺仪进行标定。将 LPMS-B 传感器转台中心，对 Z 轴采集以 30°/s、40°/s、角速度旋转的六组数据，将每组数据通过拉依据，对剩余数据求均值。获得如表 3-1 所示表 3- 1 LPMS-B 传感器角速度数据Tab.3-1 Angular velocity data of LPMS-B Sensor转台 Z 轴角速度（°/s）X 轴角速度（°/s）Y 轴角速度（°/s）30 -0.3805 -1.4934 40 -0.4048 -2.0194 50 -0.2017 -2.4435 -30 -0.1107 1.4066
图 3- 2 LPMS-B 传感器陀螺仪三轴标定Fig.3-2 Three axis calibration of gyroscope of LPMS-B sensor2）采用六位置法对加速度计进行标定。将 LPMS-B 传感器 X 轴向上面放置在水平转台面内，同理，将 X 轴向下、Y 轴向上、Y 轴向下 轴向下放置在转台上。每个位置采集一段时间数据；将六组数据通进行处理，剔除误差较大的数据，对剩余数据求均值。获得如表 3-表 3- 2 LPMS-B 传感器六位置法加速度计数据Tab.3-2 Accelerometer data of six position method of LPMS-B sensor序号 位置方向 X 轴加速度（m/s2）Y 轴加速度（m/s2）Z 轴加速度（m/s2）1 X 轴向上 -9.7097 -0.0697 -0.06302 X 轴向下 9.5022 0.1111 0.02343 Y 轴向上 -0.0070 -9.7005 0.06704 Y 轴向下 -0.1615 9.5453 -0.04445 Z 轴向上 -0.1426 0.0226 -9.70026 Z 轴向下 -0.1204 0.1305 9.6068
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双回路扩展卡尔曼滤波的惯性平台连续自标定[J]. 王琪,汪立新,秦伟伟,沈强. 宇航学报. 2017(06)
[2]基于CKF的非线性船体变形惯性测量方法[J]. 徐博,王艺菲,单为. 哈尔滨工程大学学报. 2017(02)
[3]基于加权最小二乘法的空间目标模拟器平面度测量与补偿研究[J]. 李凯,胡英辉,袁泉,袁峰. 光电子·激光. 2016(02)
[4]农业机械导航系统中MEMS加速度计的标定及应用[J]. 陈瑜,张铁民. 农机化研究. 2015(12)
[5]MEMS陀螺随机漂移误差系数的动态提取[J]. 徐定杰,苗志勇,沈锋,田春苗. 宇航学报. 2015(02)
[6]MEMS三轴数字陀螺仪标定方法研究[J]. 彭孝东,陈瑜,李继宇,闫国琦,张铁民. 传感器与微系统. 2013(06)
[7]基于容积卡尔曼滤波的卫星姿态估计[J]. 魏喜庆,宋申民. 宇航学报. 2013(02)
[8]关于加权最小二乘法中权函数的选择问题[J]. 曾伟生. 中南林业调查规划. 1996(01)
硕士论文
[1]高精度低成本无人机AHRS应用系统研究[D]. 吴培鑫.深圳大学 2016
[2]微型航姿系统的设计与姿态解算算法研究[D]. 刘琼.重庆邮电大学 2016
[3]MEMS陀螺捷联惯导系统标定方法研究[D]. 王如胜.哈尔滨工业大学 2015
[4]无人机航姿参考系统开发及信息融合算法研究[D]. 袁政.中南大学 2012
[5]MEMS惯导系统标定补偿技术及导航姿态算法研究[D]. 钟钧宇.哈尔滨工程大学 2011
[6]MIMU/磁强计航姿参考系统研究[D]. 盛庆轩.国防科学技术大学 2009
本文编号：2911971
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