本文關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)在MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的應(yīng)用與改進(jìn)

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【摘要】：隨著科技的發(fā)展,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在軍事、民用領(lǐng)域發(fā)揮著必不可少的作用。MEMS慣性器件具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)勢,因而基于MEMS慣性器件的導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用場合愈發(fā)廣泛。然而MEMS慣性器件精度較低,影響導(dǎo)航系統(tǒng)精度。基于此,本文將旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)應(yīng)用在MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中,通過在MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中增加轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu),周期性地改變MEMS慣性器件敏感軸相對于導(dǎo)航系的方向,將常值誤差調(diào)制成均值為零的周期性變化信號,從而抵消慣性器件誤差引起的導(dǎo)航誤差,提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。論文研究了旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)在MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的應(yīng)用與改進(jìn),研究和設(shè)計了一種基于MEMS慣性器件的旋轉(zhuǎn)調(diào)制方案;針對MEMS慣性器件精度較差等問題,設(shè)計了自標(biāo)定與初始對準(zhǔn)方案;然后,針對傳統(tǒng)姿態(tài)算法在旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)中工程應(yīng)用時存在的不足,提出了一種單軸旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)方位角誤差的估計與補(bǔ)償技術(shù);最后,搭建了旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)原理樣機(jī),驗證了旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)對MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的性能提升作用。針對MEMS慣性器件成本較低和精度較差等特點(diǎn),論文首先從轉(zhuǎn)軸數(shù)量、旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向三個影響因素出發(fā),對旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方案進(jìn)行研究與設(shè)計,然后對MEMS慣性器件主要誤差分別進(jìn)行仿真實驗,對比分析了采用旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)前后不同誤差對于系統(tǒng)導(dǎo)航精度的影響,為旋轉(zhuǎn)方案的確定以及原理樣機(jī)的搭建提供了理論分析基礎(chǔ)�？紤]到MEMS慣性器件精度較差,論文推導(dǎo)并建立了MEMS慣性器件的輸出模型,并設(shè)計了一種自標(biāo)定與初始對準(zhǔn)方案,在對準(zhǔn)姿態(tài)的同時辨識出器件的零偏誤差、Z軸陀螺標(biāo)度因數(shù)等參數(shù)。論文通過多組實驗結(jié)果對該方法進(jìn)行了驗證。針對單軸旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)中存在的航向角誤差發(fā)散問題以及旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng)傳統(tǒng)姿態(tài)解算過程需要依賴轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的高分辨轉(zhuǎn)位信息的問題,論文提出了一種基于磁航向計/轉(zhuǎn)位信息融合的單軸旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)方位角誤差的估計與補(bǔ)償技術(shù),對轉(zhuǎn)動系航向角和轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位信息進(jìn)行實時估計,在提高導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度的同時,降低了系統(tǒng)對于測角裝置分辨率的需求,顯著降低了系統(tǒng)成本。通過仿真實驗對該方法進(jìn)行了驗證。為了對旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)在實際場景下的性能進(jìn)行測試,論文搭建了旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)原理樣機(jī),并基于該樣機(jī)進(jìn)行了靜基座實驗和跑車實驗,通過實驗數(shù)據(jù)驗證了旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)對MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航性能改善作用。論文的研究為旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計、研制與優(yōu)化,旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)在MEMS捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的改進(jìn)提供了較好的參考方案,具有較好的工程應(yīng)用參考價值。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 旋轉(zhuǎn)慣導(dǎo)系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)方案 自標(biāo)定 信息融合
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN96
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 論文研究背景15
• 1.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)的發(fā)展歷程15-17
• 1.2.2 基于MEMS慣性器件的旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀17-19
• 1.3 論文研究目的與意義19-20
• 1.4 論文的主要工作及結(jié)構(gòu)安排20-23
• 第二章 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方案設(shè)計與驗證23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差傳播方程與調(diào)制機(jī)理研究23-26
• 2.2.1 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差傳播方程24-25
• 2.2.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差調(diào)制機(jī)理25-26
• 2.3 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方案研究與設(shè)計26-29
• 2.3.1 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)軸數(shù)量的選擇26
• 2.3.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)速度的影響與分析26-27
• 2.3.3 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)方向的影響與選擇27-29
• 2.4 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)器件誤差建模與旋轉(zhuǎn)方案的仿真驗證29-37
• 2.4.1 MEMS慣性器件誤差仿真參數(shù)設(shè)置29-30
• 2.4.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方案的仿真驗證30-37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第三章 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)自標(biāo)定與對準(zhǔn)方案的研究與設(shè)計39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)的器件輸出模型的建立39-40
• 3.3 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)自標(biāo)定與對準(zhǔn)方案設(shè)計40-45
• 3.3.1 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)自標(biāo)定41-44
• 3.3.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)44-45
• 3.4 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)自標(biāo)定與對準(zhǔn)方案的實驗驗證45-48
• 3.4.1 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)自標(biāo)定與對準(zhǔn)方案實驗環(huán)境構(gòu)建45-47
• 3.4.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)自標(biāo)定與對準(zhǔn)方案實驗結(jié)果分析47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 單軸旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)方位角誤差的估計與補(bǔ)償技術(shù)49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 基于磁航向計/高分辨率轉(zhuǎn)位信息融合的方位角誤差估計與補(bǔ)償技術(shù)49-54
• 4.2.1 狀態(tài)方程和量測方程的建立50-51
• 4.2.2 UKF的設(shè)計與構(gòu)建51-54
• 4.3 基于磁航向計/低分辨率轉(zhuǎn)位信息融合的方位角誤差估計與補(bǔ)償技術(shù)54-56
• 4.3.1 狀態(tài)方程和量測方程的建立55-56
• 4.4 單軸旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)方位角誤差的估計與補(bǔ)償技術(shù)實驗驗證56-58
• 4.4.1 仿真條件設(shè)置56
• 4.4.2 仿真實驗結(jié)果與分析56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)原理樣機(jī)的實現(xiàn)與驗證59-72
• 5.1 引言59
• 5.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)原理樣機(jī)的實現(xiàn)59-63
• 5.2.1 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)原理樣機(jī)的硬件系統(tǒng)搭建59-62
• 5.2.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)原理樣機(jī)軟件流程設(shè)計與算法實現(xiàn)62-63
• 5.3 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)原理樣機(jī)的驗證63-71
• 5.3.1 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)靜基座實驗63-66
• 5.3.2 旋轉(zhuǎn)MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)跑車實驗66-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第六章 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 本文工作總結(jié)72-73
• 6.2 對未來工作的展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80-81
• 在學(xué)期間的研究成果及學(xué)術(shù)論文情況81-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1102037