基于MEMS陀螺仪的寻北定向关键技术研究及其系统实现.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于MEMS陀螺仪的寻北定向关键技术研究及其系统实现学科专业控制科学与工程学号201221250138作者姓名武俊兵指导教师白金平高级工程师分类号密级注1UDC学位论文基于MEMS陀螺仪的寻北定向关键技术研究及其系统实现（题名和副题名）武俊兵（作者姓名）指导教师白金平高级工程师电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业控制科学与工程提交论文日期2015.03.1论文答辩日期2015.5.26学位授予单位和日期电子

2、科技大学2015年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。NORTHFINDINGSYSTEM’SREASEACHINGANDIMPLEMETATIONBASEDONTHEMEMSGYROSCROPEAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ControlScienceandEngineeringAuthor:JunbingWuAdvisor:ProfessorJinpingBaiSchool:InstituteofAeronautics&Ast

3、ronautics电子科技大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的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。据我所知，除了文中特别加以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，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入

4、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应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要快速化小型化一直是近来惯性寻北研究的热点和难点，微机械陀螺具有低成本、中精度、微尺寸、低功耗、抗高过载、高可靠性等优点。基于MEMS陀螺仪的寻北系统可以减小成本低，缩小体积，降低使用难度等优点。本文以实际工程应用为背景，详细阐述了一套基于MEMS陀螺仪的低成本的寻北系统的设计与实现，根据系统的需求和指标，本文首先阐述了寻北的关键技术及寻北的常见方案，并且针对本文所设计的寻北系统提出本系统的寻北方案。本文详细阐述了寻北系统的设计与实现，包

5、括系统总体设计、硬件设计及上位机的设计与实现。硬件的设计与实现为传感器的测量提供了硬件平台，也可以按预定的程序执行上位机的指令。为了能使系统在任何地点进行测量，本系统加入了GPS定位，获取当前位置的经纬度，无需另外单独测量。本系统设计了上位机，上位机通过串口和下位机进行通信，上位机实现整个系统的初始化、寻北系统的控制以及寻北算法解算等功能。误差的消除是本课题研究的一项重要内容，根据本课题所使用的陀螺仪和加速度计，分析了它们的误差，针对陀螺仪和加速度的系统确定性误差，设计了陀螺仪和加速度计的现场标定算法。经过分析可知，低成本MEMS陀螺仪和加速度计的时变零偏较小可以忽略，所以只标定固定零

6、偏。不借助其他设备就可以速标定传感器的尺度因子、零偏等，本课题设计了标定算法。针对陀螺仪和加速度计的随机噪声比较大的问题，本课题利用小波变换对随机噪声进行滤波，滤波前后的都通过Allan方差对比了白噪声强度。为了降低硬件成本，本系统将传感器的误差建模、信号滤波以及寻北解算等数据处理部分放在上位机中进行，有效的减小了下位机的体积及成本。最后针对本系统做了系统实验，验证了系统设计符合指标要求，达到了预期效果，通过实验数据修正了寻北结果，进一步提高了精度。关键词：寻北仪，陀螺仪，标定，寻北系统IABSTRACTABSTRACTMiniaturizationandfasthavebeenthe

7、hotspotanddifficultyinnorthfindingmeasurements.MEMSgyroscopehastheadvantageoflowcosts,accuracy,smallsize,lowpowerconsumption,highreliabilityandanti-highoverload,etc.NorthFindingsystembasedonMEMSgyroscope’svolumecanbesmaller,