發(fā)布時間：2017-09-18 03:40

  本文關(guān)鍵詞：基于改進卡爾曼濾波的虛擬陀螺研究

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【摘要】：基于MEMS技術(shù)的微陀螺具有廣泛的應(yīng)用前景,但目前微陀螺的精度尚不能滿足中高精度的應(yīng)用需求,如何提高微陀螺的精度成為該領(lǐng)域的熱點和難點問題,具有重要的理論意義與社會價值。本文研究基于虛擬陀螺技術(shù)提高MEMS陀螺測量精度的方法。利用微陀螺的特點,采用多個微陀螺構(gòu)成陀螺陣列,建立虛擬陀螺,利用微陀螺誤差分布特點通過卡爾曼濾波提高虛擬陀螺的測量精度。本文首先介紹了微陀螺的發(fā)展概況;對陀螺的測量原理及誤差進行了分析討論,在此基礎(chǔ)上,建立了虛擬陀螺誤差模型,介紹了基于Allan方差的陀螺誤差參數(shù)測試方法并據(jù)此進行了微陀螺的Allan方差計算與誤差分析。其次,介紹了采用多陀螺組合成虛擬陀螺的設(shè)計原理及卡爾曼濾波原理,推導(dǎo)了虛擬陀螺系統(tǒng)的模型與濾波方程,為提高虛擬陀螺精度,提出了一種改進的卡爾曼濾波算法,仿真結(jié)果表明,改進的卡爾曼濾波方法有效提高了濾波的精度與魯棒性。再次,介紹了虛擬陀螺仿真系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。用戶可通過GUI界面,輸入時間參數(shù)、運動物體各項運動參數(shù)及陀螺儀與加速度計的各項誤差參數(shù)后,模擬陀螺儀的輸出,為設(shè)計虛擬陀螺系統(tǒng)提供實驗仿真平臺。根據(jù)仿真實驗,分析討論了虛擬陀螺中陀螺個數(shù)與測量精度的關(guān)系。仿真結(jié)果表明,陀螺個數(shù)越多,組合陀螺儀輸出估計殘差越小;其中六陀螺組合的虛擬陀螺輸出估計殘差標(biāo)準(zhǔn)差與單陀螺相比減小了85%。本文基于虛擬陀螺技術(shù)研究提高微陀螺測量精度的方法,將多個低成本低精度的微陀螺構(gòu)成陀螺陣列,通過卡爾曼濾波算法,將輸出數(shù)據(jù)進行融合,構(gòu)成虛擬陀螺系統(tǒng),仿真結(jié)果表明,虛擬陀螺的精度得到了明顯提高。本文所取得的成果,對于進一步研制虛擬陀螺具有重要的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：虛擬陀螺 卡爾曼濾波 誤差模型 系統(tǒng)仿真
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN96;TN713
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 MEMS慣性器件研究現(xiàn)狀概述11-13
• 1.2 慣性器件測試研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 虛擬陀螺技術(shù)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 論文主要內(nèi)容與安排16-17
• 第二章 陀螺原理及誤差分析17-24
• 2.1 微機械陀螺儀17-18
• 2.2 微機械陀螺儀誤差分析18-19
• 2.3 陀螺儀隨機漂移誤差分析19-23
• 2.3.1 基于Allan方差的隨機漂移誤差的分析20-22
• 2.3.2 仿真數(shù)據(jù)分析22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第三章 虛擬陀螺系統(tǒng)設(shè)計24-43
• 3.1 同質(zhì)傳感器信息融合原理24-26
• 3.2 卡爾曼濾波原理介紹26-29
• 3.2.1 最小方差估計理論26-28
• 3.2.2 離散型卡爾曼濾波基本方程28-29
• 3.3 虛擬陀螺設(shè)計方案29-30
• 3.4 誤差模型及濾波算法模型建立30-33
• 3.5 陀螺儀仿真實驗33-42
• 3.5.1 多陀螺單軸濾波仿真實驗36-38
• 3.5.2 改進的卡爾曼濾波算法38-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第四章 運動軌跡與慣性傳感器仿真原理43-59
• 4.1 概述43
• 4.2 慣性導(dǎo)航常用坐標(biāo)系43-47
• 4.3 捷聯(lián)姿態(tài)解算基本原理47-51
• 4.4 飛行姿態(tài)仿真51-55
• 4.4.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換51-52
• 4.4.2 飛行航跡數(shù)據(jù)仿真52-53
• 4.4.3 陀螺儀輸出53-54
• 4.4.4 加速度計輸出仿真54-55
• 4.5 仿真結(jié)果與分析55-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第五章 虛擬陀螺仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)59-69
• 5.1 仿真系統(tǒng)總體設(shè)計59-60
• 5.2 仿真系統(tǒng)框圖60
• 5.3 仿真系統(tǒng)功能與界面設(shè)計60-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 致謝71-73
• 參考文獻73-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文76

【參考文獻】

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張鵬;微機械陀螺的高精度“虛擬”實現(xiàn)方法研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

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本文編號：873199