基于陀螺冗余的微惯性系统关键技术研究

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1、分类号：UDC：密级：编号：工学博士学位论文基于陀螺冗余的微惯性系统关键技术研究博士研究生指导教师学位级别学科、专业所在单位论文提交日期论文答辩日期学位授予单位梁海波袁赣南教授工学博士导航、制导与控制自动化学院2011年4月2011年6月哈尔滨工程大学0III■■III-_●●■■■■■■■■IIIII■■I_．kIl厂．I●●●■■●11●1乍‘加ClassifiedIndex：U．D．C：ADissertationfortheDegreeofD．EngKeyTechniqueofMicroInertialSystemBasedonRedundantG

2、yroscopesCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Specialty：DateofSubmission：DateofOralExamination：University：LiangHaiboProfiYuanGannallDoctorofEngineeringNavigation，GuidanceandControlApril，2011June，2011HarbinEngineeringUniversity、I^．一ll，■j，-}l

3、^■j：，∥。气～“r哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑

4、重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：署洒赭日期：沙，1年歹月石日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本

5、人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。／本论文(阻往授予学位后即可口在授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：亲洒拣导师(签字)：囔耧钓日期：z,o-，年1月占日勿，，年彳月7日I，一、?，‘一，钿‘r吨■基于陀螺冗余的微惯性系统关键技术研究摘要微机电系统(MicroElectro

6、MechanicalSystem，MEMS)惯性器件具有成本低、体积小、功耗低、抗冲击能力强等优点，在航天航空、汽车工业、生物医学工程、移动通信等领域，发挥了重要的作用。由于MEMS惯性器件与传统器件相比精度较差，因此，在充分发挥其优点的同时，可以采用冗余容错和信息融合技术，来提高由其构成的测量单元的测量精度和可靠性，进而提高整个微惯性系统的测量精度和容错能力，达到高可靠性导航、定位及控制的目的。论文依托实验室在研项目，开展基于MEMS陀螺冗余的微惯性航姿系统的研究，为MEMS惯性器件在低成本航姿系统中的进一步应用奠定基础。论文根据航向姿态测量精度和航姿

7、系统可靠性的要求，从微惯性航姿系统的总体设计、冗余陀螺配置方式、冗余陀螺测量单元在线故障诊断方法、冗余陀螺误差的实验室标定与在线标定方法等方面开展了研究。(1)针对微惯性航姿系统的技术要求，提出了由MEMS惯性器件、电子罗盘和GPS构建微惯性航姿系统的方案。其中，MEMS陀螺系统采用冗余设计，在对冗余陀螺配置方式进行论证分析的基础上，为了改善冗余陀螺测量单元的角速率测量精度和可靠性，提出了一种由九个单轴MEMS陀螺构成的新型冗余配置方式，并对其测量精度、可靠性和故障后可重构性能进行了定量分析，结果表明该冗余配置方式比实验室原有冗余陀螺配置方案具备更高的角

8、速率测量精度和容错能力。(2)针对冗余陀螺系统的在线故障诊断方法，对目前广泛使用的最优奇偶向量法进行了理论和试验分析。针对最优奇偶向量法存在的缺陷，将支持向量机理论应用到冗余陀螺系统的在线故障诊断中，并提出了基于支持向量机的故障诊断方法。在对支持向量机的核函数和参数进行深入研究的基础上，采用三步搜索法对参数进行寻优。通过试验表明，基于支持向量机的故障诊断方法可以弥补最优奇偶向量法的不足，且比最优奇偶向量法具有更高的故障识别率，更低的漏检率和虚警率。(3)开展了针对冗余陀螺误差实验室标定方法的探索性研究，提出了采用Kalman滤波对冗余陀螺的常值误差、标度

9、因数误差和安装误差进行估计的实验室标定方法。通过理论和试验分析，不断改进冗余陀螺