本文關鍵詞：基于MEMS-IMU尋北定向技術研究

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【摘要】：慣性尋北技術是慣性領域的重要組成部分，是現(xiàn)代導航系統(tǒng)能夠快速、精確定向的重要保障技術之一�；谖C電系統(tǒng)技術的陀螺儀是一種新型角速度傳感器，具有成本低，重量輕，功耗小等優(yōu)點，與傳統(tǒng)的機械與光學陀螺相比具有很大的優(yōu)越性。 綜合分析了尋北技術的分類及捷聯(lián)陀螺尋北設備的發(fā)展現(xiàn)狀，并且對目前MEMS-IMU主流產(chǎn)品的性能指標進行了市場調研。論文結合當前慣性陀螺尋北儀的發(fā)展需要，，基于現(xiàn)有國產(chǎn)的微機械慣性測量單元(MEMS-IMU)，進行了全面的尋北技術研究。 論文對陀螺尋北技術中的靜態(tài)尋北法（單位置尋北、二位置尋北、四位置尋北）、卡爾曼濾波法以及連續(xù)旋轉調制法進行了詳細地介紹，并對各個方案中影響陀螺尋北精度的誤差因素進行了分析和總結。 單軸位置轉臺、單軸速率位置轉臺以及相應的軟件程序構成了論文的實驗基礎。論文首先針對研究用到的MEMS-IMU設計數(shù)據(jù)采集程序，利用Allan方差法對原始數(shù)據(jù)進行分析，得到實驗用到的IMU的性能指標。然后分別設計二位置尋北實驗，卡爾曼濾波尋北實驗以及連續(xù)旋轉調制尋北實驗，對論文提出的各種MEMS-IMU尋北方案進行實驗驗證，并給出尋北精度水平，其中MEMS-IMU連續(xù)旋轉調制尋北的重復性精度能夠達到5°以內。
【關鍵詞】：MEMS-IMU 尋北 卡爾曼濾波 旋轉調制技術
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN966
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 MEMS-IMU 的由來及發(fā)展10-12
• 1.1.1 慣性導航系統(tǒng)中的 IMU10-11
• 1.1.2 MEMS 技術與慣性器件的融合11-12
• 1.2 國內外陀螺尋北技術發(fā)展概況12-15
• 1.2.1 羅經(jīng)式尋北儀發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 捷聯(lián)式陀螺尋北儀發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3 MEMS-IMU 尋北技術研究的意義15-16
• 1.4 論文研究的主要內容16-18
• 第2章 MEMS-IMU 靜態(tài)尋北方案18-31
• 2.1 基礎知識18-20
• 2.1.1 常用坐標系18-19
• 2.1.2 靜態(tài)尋北基本原理19-20
• 2.2 MEMS-IMU 幾種靜態(tài)尋北方案20-29
• 2.2.1 單位置尋北21-23
• 2.2.2 二位置尋北23-26
• 2.2.3 四位置尋北26-29
• 2.3 陀螺靜態(tài)尋北誤差分析29-30
• 2.4 小結30-31
• 第3章 卡爾曼濾波技術在 MEMS-IMU 尋北定向中的應用31-39
• 3.1 卡爾曼濾波基本方程31-33
• 3.2 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)更新算法33-34
• 3.2.1 姿態(tài)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 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)誤差微分方程34-36
• 3.3.1 姿態(tài)誤差微分方程34
• 3.3.2 速度誤差微分方程34-35
• 3.3.3 位置誤差微分方程35-36
• 3.4 卡爾曼濾波在 MEMS-IMU 尋北定向中的應用36-37
• 3.4.1 卡爾曼濾波方程的建立36-37
• 3.4.2 實驗數(shù)據(jù)仿真結果37
• 3.5 小結37-39
• 第4章 MEMS-IMU 旋轉調制尋北方案39-50
• 4.1 旋轉調制尋北技術原理39-40
• 4.2 MEMS-IMU 旋轉調制尋北方案設計40-48
• 4.2.1 調制頻率和采樣頻率的選擇40-41
• 4.2.2 數(shù)字濾波器的設計41-43
• 4.2.3 最小二乘相關檢測43-48
• 4.2.4 尋北值的解算48
• 4.3 MEMS-IMU 旋轉調制尋北方案實現(xiàn)48-49
• 4.3.1 微機械慣性測量單元的尋北輸出48-49
• 4.3.2 微機械慣性測量單元旋轉調制尋北方案49
• 4.4 小結49-50
• 第5章 基于 MEMS-IMU 的尋北定向實驗50-66
• 5.1 實驗用 MEMS-IMU 介紹50-56
• 5.1.1 MEMS-IMU 簡介及通信協(xié)議50-51
• 5.1.2 數(shù)據(jù)采集模塊軟件實現(xiàn)51-54
• 5.1.3 運用 Allan 方差分析 MEMS-IMU 隨機誤差性能54-56
• 5.2 MEMS-IMU 二位置尋北實驗56-60
• 5.2.1 實驗準備56-57
• 5.2.2 實驗過程57-58
• 5.2.3 實驗結果與分析58-60
• 5.3 MEMS-IMU 四位置尋北實驗60-62
• 5.3.1 實驗準備60
• 5.3.2 實驗過程60
• 5.3.3 實驗結果與分析60-62
• 5.4 MEMS-IMU 連續(xù)旋轉調制尋北實驗62-66
• 5.4.1 實驗準備62-63
• 5.4.2 實驗過程63-64
• 5.4.3 實驗結果與分析64-66
• 總結與展望66-68
• 參考文獻68-72
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單72-73
• 致謝73

【參考文獻】

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本文編號：843173