旋转调制技术在mems捷联惯导系统中的应用与改进

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1、中图分类号：V249.3论文编号：102870316-S189学科分类号：081105硕士学位论文旋转调制技术在MEMS捷联惯导系统中的应用与改进研究生姓名吴奇学科、专业导航、制导与控制研究方向惯性技术与多信息融合组合导航指导教师刘建业教授赖际舟教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringApplicationandImprovementofRotatingMo

2、dulationTechnologyonMEMSStrap-downInertialNavigationSystemAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyWuQiAdvisedbyProf.LiuJianyeProf.LaiJizhouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以

3、标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2016.03.26南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着科技的发展，惯性导航系统在军事、民用领域发挥着必不可少的作用。MEMS惯性器件具有体积小、重量轻、成本低等优势，因而基于MEMS惯性器件的导航系统的应用场合愈发广泛。然而MEM

4、S惯性器件精度较低，影响导航系统精度。基于此，本文将旋转调制技术应用在MEMS捷联惯导系统中，通过在MEMS捷联惯导系统中增加转动机构，周期性地改变MEMS惯性器件敏感轴相对于导航系的方向，将常值误差调制成均值为零的周期性变化信号，从而抵消惯性器件误差引起的导航误差，提高系统的导航精度。论文研究了旋转调制技术在MEMS捷联惯导系统中的应用与改进，研究和设计了一种基于MEMS惯性器件的旋转调制方案；针对MEMS惯性器件精度较差等问题，设计了自标定与初始对准方案；然后，针对传统姿态算法在旋转惯导系统中工程应用时存在的不足，提出了一种单轴旋转MEMS惯导系

5、统方位角误差的估计与补偿技术；最后，搭建了旋转MEMS惯导系统原理样机，验证了旋转调制技术对MEMS捷联惯导系统的性能提升作用。针对MEMS惯性器件成本较低和精度较差等特点，论文首先从转轴数量、旋转速度和旋转方向三个影响因素出发，对旋转MEMS惯导系统的旋转方案进行研究与设计，然后对MEMS惯性器件主要误差分别进行仿真实验，对比分析了采用旋转调制技术前后不同误差对于系统导航精度的影响，为旋转方案的确定以及原理样机的搭建提供了理论分析基础。考虑到MEMS惯性器件精度较差，论文推导并建立了MEMS惯性器件的输出模型，并设计了一种自标定与初始对准方案，在对

6、准姿态的同时辨识出器件的零偏误差、Z轴陀螺标度因数等参数。论文通过多组实验结果对该方法进行了验证。针对单轴旋转MEMS惯导系统中存在的航向角误差发散问题以及旋转惯导系统传统姿态解算过程需要依赖转动机构的高分辨转位信息的问题，论文提出了一种基于磁航向计/转位信息融合的单轴旋转MEMS惯导系统方位角误差的估计与补偿技术，对转动系航向角和转动机构转位信息进行实时估计，在提高导航系统定位精度的同时，降低了系统对于测角装置分辨率的需求，显著降低了系统成本。通过仿真实验对该方法进行了验证。为了对旋转MEMS惯导系统在实际场景下的性能进行测试，论文搭建了旋转MEM

7、S惯导系统原理样机，并基于该样机进行了静基座实验和跑车实验，通过实验数据验证了旋转调制技术对MEMS捷联惯导系统的导航性能改善作用。论文的研究为旋转MEMS惯导系统的设计、研制与优化，旋转调制技术在MEMS捷联惯导系统中的改进提供了较好的参考方案，具有较好的工程应用参考价值。关键词：MEMS，旋转惯导系统，旋转方案，自标定，信息融合I旋转调制技术在MEMS捷联惯导系统中的应用与改进ABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,inertialnavigationsystem(INS)isindisp

8、ensableinbothmilitaryandcivilianfields.AsMEMSinertiald