三轴mems陀螺井下寻北的旋转在线校准研究

《三轴mems陀螺井下寻北的旋转在线校准研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号TP202+.2密级公开UDC621.3学位论文编号D-10617-308-(2016)-04027重庆邮电大学硕士学位论文中文题目三轴MEMS陀螺井下寻北的旋转在线校准研究英文题目ResearchonRotaryIn-DrillingAlignmentofundergroundnorth-seekingbasedontriaxialMEMSgyroscope学号S130401027姓名向高林学位类别工学硕士学科专业电子科学与技术指导教师刘宇教授完成日期2016年5月18日重庆邮电大学硕士学位论文摘要摘要陀螺寻北仪是一种利用陀螺仪惯性原理实现自主寻北的仪器，它

2、能够实现全天候、全方位、自主、快速的方向测定，具有精度高、连续工作时间长等优点。微机电系统（microelectromechanicalsystems，MEMS）陀螺仪具有体积小、强抗冲击振动、成本低、可靠性高等传统惯性传感器所不兼具的优点，因此，基于MEMS陀螺仪的井下寻北系统成为一个很有潜力的发展方向。鉴于单轴MEMS陀螺仪测量精度低、受井下复杂环境影响及常见寻北方法不适用的局限性，论文提出了一种旋转在线校准方案实现三轴MEMS陀螺仪的井下寻北，主要工作如下：1.阐述了基于三轴MEMS陀螺仪井下寻北的研究背景及意义；概述了国内外寻北技术的研究现状，包括罗经式寻北

3、仪、捷联式陀螺仪寻北仪及MEMS陀螺寻北技术的发展现状。概述寻北技术及MEMS陀螺的原理，并分别介绍二位置寻北、四位置寻北、多位置寻北以及连续动态寻北方案。基于此，论文展开了基于三轴MEMS陀螺仪井下寻北的旋转在线校准研究，本方案具有漂移小、成本低等优势。2.分析三轴MEMS陀螺仪的噪声来源，通过Allan方差分析法对三轴MEMS陀螺仪约1小时的静态数据进行分析，得到各项噪声源的误差系数，且量化噪声占主要因素。通过卡尔曼滤波对MEMS陀螺仪原始数据的滤波处理，量化噪声系数和角度随机游走系数降低1~2个数量级，其他噪声系数略微下降。针对三轴MEMS陀螺仪受安装误差影响

4、，提出改进的标定算法，测量精度提高约2个数量级；针对三轴MEMS陀螺仪受温度漂移影响，运用改进灰色预测模型及最小二乘法对零偏进行温度补偿，MEMS陀螺仪零偏的平均绝对误差减小到0.4806mV。3.利用三轴MEMS陀螺仪数据通过四元素法进行更新获得实时的姿态角信息，再通过旋转控制系统对姿态角进行转位控制及寻北值的确定，实现―在线‖校准研究。从四种情况展开三轴MEMS陀螺仪井下寻北的旋转在线校准实验设计，通过实验结果的对比分析，寻北结果的最大均方根误差和最大平均绝对误差分别为0.9067°和0.9100°，验证了旋转在线校准方案的可行性，精度高，且重复性好。关键词：M

5、EMS陀螺仪，Allan方差，卡尔曼滤波，旋转在线校准，寻北I重庆邮电大学硕士学位论文AbstractAbstractGyronorthseekerisakindofinstrumentthatusesinertiaprincipleofgyroscopetoseeknorthindependently.Itcanrealizeall-weather,omni-directional,autonomous,rapidthedirectionmeasure,andalsoembracetheadvantagesofhighprecision,longtimeconti

6、nuouswork.Comparedwithtraditionalinertialsensors,MEMS(microcompanymechanicalsystems,MEMS)gyroscopehasmanystrongpointslikesmallvolume,strongshockvibration,lowcost,andhighreliability.Therefore,theresearchofundergroundnorth-seekingsystembasedonMEMSgyroscopeisbecomingapotentialandlongtimeo

7、fdevelopmentdirection.InviewofthelimitationsoflowmeasurementprecisionoftheuniaxialMEMSgyroscope,complexsubsurfaceenvironment,inapplicableofcommonnorth-seekingmethods,theschemeofrotaryin-drillingalignmentwasputforwardtorealizetheundergroundnorth-seekingbasedontriaxialMEMSgyroscope.The