如题

国防科学技术大学

硕士学位论文

MIMU微惯性测量单元误差建模与补偿技术

姓名：尹文

申请学位级别：硕士

专业：控制科学与工程

指导教师：罗兵

20071101

如题

摘要

微惯性测量单元（ＭｉｃｒｏＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）具有体积小、重量轻、成

本低、可靠性高等特点，在军事及民用领域具有广阔的应用前景。陀螺及加速度

计是ＭＩＭＵ的主要元件，其精度直接影响到惯性系统的精度。实际工作中，由于

不可避免的有各种干扰因素作用导致陀螺及加速度计产生误差。这些误差，一方

面是器件本身结构不完善引起的：另一方面，也和其所处的工作环境和工作条件

有关。主要围绕ＭＩＭＵ误差补偿进行了以下研究：

分析了微陀螺及加速度计的工作和结构原理，从理论上分析了影响其精度的主

要误差来源，并建立了陀螺及加速度计的误差模型，采用“六位置２４点＂编排对

陀螺及加速度计的主要误差及性能进行了标定。

针对ＭＩＭＵ对温度影响敏感的特点，对陀螺及加速度计的温度特性进行了分

析，分别采用离线标定和在线辨识的方法确立温度补偿模型参数并用于补偿。实

验结果表明，陀螺的零偏稳定性由补偿前的１２６．３２４ｏ／ｈ减小到９．６１２ｏ／ｈ，加速度

计的偏置稳定性由补偿前的０．８３６ｍｇ减小到０．２１６ｍｇ；为进一步提高补偿效率，引

入了Ｋａｌｍａｎ滤波对温度传感器测量值进行滤波处理后再用于补偿，减小了补偿过

程中由于温度测量噪声而引入的额外误差，陀螺零偏稳定性由９．６１２０／ｈ下降到

８．９６４０／ｈ，加速度计偏置稳定性由０．２１６ｍｇ下降到０．１７６ｍｇ。陀螺效果改善不大，

这是因为陀螺温度传感器本身的测量噪声很小，而且主要由本身的量测噪声决定；

但对温度传感器量测噪声较大的局部而言，其噪声能够减小１８％。

对陀螺随机漂移建模进行了研究，运用随机信号处理方法以及时间序列分析

法建立了陀螺随机漂移的ＡＲ模型，并根据Ａｋａｉｋｅ信息准则中的趾Ｃ准则和

Ｋａｌｍａｎ滤波对模型的适用性及准确性进行了检验，实验结果验证了该方法的正确

性。

关键词：惯性技术：误差建模；误差补偿；温度补偿；Ｋａｌｍａｎ滤波；陀螺漂移

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ＡＢＳＴＲＡＣＴ

ＭｉｃｒｏＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ（ＭＩＭＵ）ｈａｓｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｓｍａｌｌ

ｖｏｌｕｍｅ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｌｏｗｃｏｓｔ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｔｃ．Ｉｔｗｉｌｌｂｅａｐｐｌｉｅｄｂｒｏａｄｌｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄ

ｏｆｍｉｌｉｔａｒｙａｎｄｃｉｖｉｌ．Ｉｎｅｒｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｇｙｒｏｓｃｏｐｅ

ｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｉｎｅｒｔｉａｌｓｙｓｔｅｍａｎｄａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔａｎｄｉｔｓｐｒｅｃｉｓｉｏｎｗｉｌｌｄｉｒｅｃｔｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆ

ｉｎｅｒｔｉａｌｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｔｕａｌｌｙ，ｅｒｒｏｒｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｉｌｌｂｅｃａｕｓｅｄｉｎｅｖｉｔａｂｌｙｄｕｅｔｏｍａｎｙ

ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ．Ｏｎ

ＭＩＭＵ．Ｔｈｅ

ａｒｅｏｎｅｈａｎｄ．ｔｈｅｉｍｐｅｒｆｅｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭＩＭＵｗｉｌｌｏｃｃｕｒｃａｕｓｅｅｒｒｏｒ；ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ．ｅｒｒｏｒｍａｙｄｕｅｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｂｏｕｔＭＩＭＵｉＳｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓＰａｐｅｒ．Ａｓｅｒｉｅｓｏｆｒｅｓｕｌｔｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ：

Ａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｍａｉｎｅｒｒｏｒｆａｃｔｏｒｓｏｆａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒａｎｄｇｙｒｏａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆｍｉｃｒｏｇｙｒｏ

ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎａｎｄａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒａｒｅｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄ２４ｐｏｓｉｔｉｏｎｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ．

Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｙｒｏｓｃｏｐｅａｎｄａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｈａｖｅｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．

Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｏｆｇｙｒｏｓｃｏｐｅａｎｄａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｂｉａｓｈａｖｅｂｅｅｎ

ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｔｈｅｂｉａｓｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｇｙｒ …… 此处隐藏：11418字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……