电信技术论文_MEMS惯性测量单元全参数标定方法

文章目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 MIMU国内外现状

    1.3.1 MIMU国内外发展现状分析

    1.3.2 测试标定技术国内外发展现状分析

1.4 主要研究内容及论文结构安排

2 MIMU误差分析与误差模型建立

2.1 MIMU误差特性分析

2.2 MIMU确定性误差

    2.2.1 MIMU误差建模

    2.2.2 MEMS惯性测量单元分立标定实验

2.3 MIMU随机误差

2.4 本章小结

3 捷联惯导系统数据解算与误差补偿

3.1 引言

3.2 捷联惯性导航系统坐标系

3.3 惯性导航基本原理

3.4 MIMU噪声预处理方法

3.5 姿态解算

3.6 速度更新算法

3.7 位置更新算法

    3.7.1 位置矩阵与经纬度的关系

    3.7.2 位置矩阵的确定

3.8 基于DSP的双路导航解算系统

3.9 本章小结

4 主子惯组匹配标定算法

4.1 引言

4.2 捷联惯导系统误差模型

    4.2.1 器件误差模型

    4.2.2 姿态误差方程

    4.2.3 速度误差方程

    4.2.4 位置误差方程

4.3 主子惯组匹配标定算法原理

4.4 卡尔曼滤波器构建

    4.4.1 系统状态方程

    4.4.2 系统观测方程

4.5 本章小结

5 MIMU标定实验与分析

5.1 引言

5.2 标定设备与实验条件

5.3 分立式标定实验

    5.3.1 分立式标定实验流程

    5.3.2 分立式标定实验结果

5.4 系统级标定实验结果

5.5 误差补偿与分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢

文章摘要:MEMS惯性测量单元（MEMS-IMU）凭借其低成本、小尺寸、易于批量生产的优势成为现阶段小型捷联惯性导航系统和航姿测量系统的核心信息源,在军事领域和民用领域都发挥着日趋重要的作用。随着微机电产业和制造工艺的进步发展,MEMS惯性测量单元有着取代其他各种中低精度IMU的趋势。然而,与其他各型号惯性测量单元相似,MEMS惯性测量单元同样面临着周期性标定的问题,甚至对低精度的MEMS-IMU而言,依据其误差参数补偿测量精度有着更加重要的实际意义,是提升其使用性能不可或缺的手段。本文针对现有的MEMS惯性测量单元对全误差参数进行误差分析和标定补偿的研究。本文从确定性误差和随机误差两个方面开展了MEMS惯性测量单元的误差特性分析,研究了各项误差的产生机理以及辨识方法。首先对三项确定性误差设计了正反速率实验和静态多位置实验进行标定;又对随机噪声采用Allan方差方法进行分析,估计出了五项随机噪声。并针对测试转台精度制约着器件标定效率以及标定流程过于繁琐的缺陷,研究了系统级标定理论对MEMS惯性测量单元标定及补偿方法,提出一种基于卡尔曼滤波的主子惯组匹配标定算法,在传统的系统级标定方法基础上引进高精度主惯组的数据作为基准量,将卡尔曼滤波器降阶至12维的同时又添加了陀螺仪g值有关一次项误差的标定。在一定程度上加快了滤波器的收敛速度,缩短了标定时间。文章最后通过基于低精度三轴转台的实验对比了分立式和系统级两种标定方法的IMU补偿结果,通过对照实验可以证明:对于低精度转台而言,文中提出的基于卡尔曼滤波的主子惯组匹配标定方法标定精度更高,时间更短,补偿效果更好,可以满足中低精度惯性测量单元的实际标定需求。

文章关键词:

论文DOI:10.27470/d.cnki.ghbgc.2020.000574

论文分类号:TN96

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