本文關(guān)鍵詞：微慣性姿態(tài)測量系統(tǒng)的MEMS傳感器校準(zhǔn)與補償算法研究

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【摘要】：MEMS慣性器件制造成本低,器件體積與質(zhì)量都更為輕便,在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于MEMS慣性器件存在誤差,限制了微慣性測量單元精度的進一步提高。導(dǎo)航系統(tǒng)和航姿系統(tǒng)的有效性主要取決于慣性測量單元(IMU)的精度,通過誤差數(shù)學(xué)模型補償和校正MEMS慣性器件的各種誤差能有效提高系統(tǒng)的測量精度。因此,準(zhǔn)確建立MEMS慣性器件的誤差數(shù)學(xué)模型,精確補償這些誤差,是慣性系統(tǒng)姿態(tài)測量領(lǐng)域中的一個重要研究內(nèi)容。論文首先對微慣性發(fā)展進行概述,介紹了MEMS慣性器件誤差的研究意義和誤差校正算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀等,然后分別介紹了MEMS陀螺儀和加速度計的工作原理以及主要性能指標(biāo)。對微慣性測量系統(tǒng)的誤差來源進行分析討論,從原理上分析確定性誤差、隨機誤差以及溫度誤差等慣性器件誤差的形成機理。其次,不僅對溫度誤差補償建模,而且對MEMS慣性器件溫度漂移和滯回現(xiàn)象進行了分析。設(shè)計相應(yīng)的溫度測試實驗對MEMS慣性器件的溫度特性進行分析,運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)合轉(zhuǎn)速和溫度因素對陀螺儀進行補償。針對加速度計的溫度特性,采用最小二乘法對Y軸進行補償。補償后陀螺儀零偏溫度誤差較常規(guī)補償方法提升了一個數(shù)量級,加速度計零偏溫度誤差系數(shù)由7.5mg/°C提升至3.2e-2mg/°C。再次,對確定性誤差建模及校準(zhǔn)。采用基于傳統(tǒng)方法改進的校正模型對MEMS慣性器件的確定性誤差進行校正,其中包括零偏誤差,刻度因子誤差和安裝誤差等誤差。補償后MEMS陀螺儀各軸的平均偏移量減小為0.04%、0.03%、0.01%,補償后MEMS加速度計解算的俯仰角由平均絕對誤差1°提升至0.14°。最后,補償MEMS慣性器件隨機噪聲誤差。采用Allan方差方法對陀螺儀和加速度計進行噪聲分析,然后運用時間序列方法進行建模,采用卡爾曼濾波對信號進行噪聲抑制,濾波效果良好。補償后MEMS陀螺儀、加速度計零偏不穩(wěn)定性分別提高65.7%和52.8%。
【關(guān)鍵詞】：MEMS慣性器件 微慣性測量單元 誤差分析 標(biāo)定補償
【學(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題來源及研究的目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容12-14
• 第2章 微慣性姿態(tài)儀基礎(chǔ)理論14-23
• 2.1 MEMS器件工作原理14-19
• 2.1.1 微機械陀螺儀工作原理14-16
• 2.1.2 微機械加速度計工作原理16-19
• 2.2 MEMS慣性器件的主要性能指標(biāo)19-21
• 2.2.1 陀螺儀主要性能指標(biāo)19-20
• 2.2.2 加速度計主要性能指標(biāo)20-21
• 2.3 微慣性測量單元原理21
• 2.4 微慣性測量單元21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第3章 微慣性姿態(tài)測量系統(tǒng)的慣性器件誤差分析23-30
• 3.1 引言23
• 3.2 誤差源分析23-24
• 3.3 確定性誤差分析24-26
• 3.3.1 刻度因子誤差24-25
• 3.3.2 零偏誤差25
• 3.3.3 安裝誤差25-26
• 3.4 隨機漂移誤差分析26-28
• 3.5 溫度誤差28-29
• 3.6 本章小結(jié)29-30
• 第4章 MEMS慣性器件溫度誤差建模及補償30-42
• 4.1 溫度滯回現(xiàn)象及分析30-31
• 4.2 實驗設(shè)備31
• 4.3 陀螺溫度誤差建模31-38
• 4.3.1 溫度測試結(jié)果和誤差模型分析31-34
• 4.3.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的陀螺標(biāo)定補償方法34-36
• 4.3.3 實驗結(jié)果分析36-38
• 4.4 加速度計溫度誤差建模38-40
• 4.4.1 溫度測試結(jié)果分析38-39
• 4.4.2 基于最小二乘法的加速度計的標(biāo)定補償方法39-40
• 4.5 本章小結(jié)40-42
• 第5章 MEMS慣性器件確定性誤差建模及校準(zhǔn)42-56
• 5.1 實驗測試平臺42-43
• 5.2 加速度計校準(zhǔn)原理43-51
• 5.2.1 原理方法44-48
• 5.2.2 標(biāo)定實驗流程48-49
• 5.2.3 實驗結(jié)果驗證49-51
• 5.3 陀螺的校準(zhǔn)原理51-55
• 5.3.1 原理方法51-52
• 5.3.2 處理流程52-53
• 5.3.3 實驗驗證53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第6章 MEMS慣性器件隨機誤差建模及補償56-73
• 6.1 MEMS慣性器件隨機誤差評價方法56-58
• 6.2 MEMS陀螺隨機誤差模型及補償58-67
• 6.2.1 時間序列模型58-59
• 6.2.2 MEMS陀螺儀數(shù)據(jù)采集59-60
• 6.2.3 MEMS陀螺儀數(shù)據(jù)預(yù)處理60-62
• 6.2.4 模型的建立62-64
• 6.2.5 卡爾曼濾波及結(jié)果分析64-67
• 6.3 MEMS加速度計隨機誤差模型及補償67-72
• 6.3.1 MEMS加速度計數(shù)據(jù)采集67-68
• 6.3.2 MEMS加速度數(shù)據(jù)預(yù)處理68-70
• 6.3.3 模型的建立70
• 6.3.4 實驗結(jié)果分析70-72
• 6.4 本章小結(jié)72-73
• 總結(jié)與展望73-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間從事的科研工作及取得的成果79

【參考文獻】

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本文編號：645758