MIMU器件参数辨识及误差补偿技术研究.pdf

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1、MIMU器件参数辨识及误差补偿技术研究吴纾婕2015年3月中图分类号：TP29UDC分类号：691.5MIMU惯性器件参数辨识及误差补偿技术研究作者姓名吴纾婕学院名称自动化学院指导教师汪渤教授答辩委员会主席缪玲娟教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ReseachonMIMUSensorsParameterIdentificationandErrorCompensationCandidateName：ShujieWuSchoolorDepar

2、tment:AutomationFacultyMentor:Prof.BoWangChair,ThesisCommittee：Prof.LingjuanMiaoDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：Navigation,GuidanceandControlDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行

3、的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要近年来，随着制造业水平的不断提高，MEMS惯性器件的精度不断提高，由MEMS器件组成的MIMU凭借体积小重量轻、可靠性高且功耗低等优点广泛应于惯性导航当中。因此，研究提高MEM

4、S惯性器件的精度具有重要意义。本文针对这一问题开展了微惯性器件的误差标定和补偿技术研究。本文首先介绍了微惯性技术在国内外的发展情况，同时阐述了各类学者对微惯性器件的三种误差模型补偿技术的研究；然后分别介绍了硅微加速度计和硅微陀螺仪的工作原理以及其产生误差的原因。其次对MEMS惯性器件进行确定性误差源分析，利用实验室设备进行数据采集，随后分别对陀螺仪和加速度计建立误差模型，进行了误差标定并且补偿，证明了模型的正确性和补偿的有效性。再次分析了MEMS惯性器件的随机误差源，对常用建模方法进行研究，采用

5、Allan方差方法分离出MEMS陀螺仪的五种随机噪声，定量计算出MIMU各轴的随机噪声系数。最后，采用时间序列分析对MEMS陀螺仪的随机噪声进行分析，建立了ARMA模型，并对该模型进行卡尔曼滤波，通过Allan方差方法比较了滤波前后随机误差的大小，验证了滤波方法对噪声抑制的有效性。关键词：MEMS；误差标定；Allan方差；ARMA模型；卡尔曼滤波I北京理工大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthecontinuousimprovementofmanufactur

6、ingindustry,theaccuracyofMEMSinertialdeviceincreasingrapidly.Withthemeritofsmallsize,lightweight,highreliabilityandlowpowerconsumption,microinertialmeasurementunit(MIMU)hasbecomeacentralpartofinertialnavigation.Therefore,itissignificanttoimprovetheac

7、curacyofMEMSinertialdevices.Thispaperproposedresearchondevicecalibrationanderrorcompensationnaimingatthisproblem.Firstly,thedevelopmentofmicroinertialtechnologyinandabroadaswellastheresearchonmicroinertialdeviceerrorcompensationtechnologyisintroduced

8、inthispaper.Thentheworkingprincipleandcauseoftheerrorareanalysised.Secondly,theerrorsourceofMEMSinertialdevicesareanalysised,datawascollectedusinglaboratoryequipment.Thenerrormodelsofbothgyroandaccelerometerareestablished,basedonwhicherrorcalibration