MEMS陀螺仪随机误差补偿方法研究

《MEMS陀螺仪随机误差补偿方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、２００９年第３０卷第４期中北大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．４２００９（总第１２６期）﹢﹨﹪﹫﹦﹫﹨﹤﹪﹫﹢（﹢﹢﹤﹫﹦﹤﹦﹦﹥﹫﹫）（ＳｕｍＮｏ．１２６）文章编号：１６７３３１９３（２００９）０４０３８１０５ＭＥＭＳ陀螺仪随机误差补偿方法研究李杰，刘俊，张文栋，杨卫（中北大学电子测试技术国防重点实验室，电

2、子与计算机科学技术学院，山西太原０３００５１）摘要：针对ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）陀螺仪的随机漂移误差，探讨其有效补偿方法．基于陀螺仪输出角速率信息的变化量是等随机和等随机加速的两种假设，提出了两种相应的基于Ｋａｌｍａｎ滤波理论的ＭＥＭＳ陀螺仪随机误差补偿方法．在建立陀螺仪随机误差模型的基础上，详细推导了各自的Ｋａｌｍａｎ滤波方程，最后以某微惯性测量系统中所用ＭＥＭＳ陀螺仪的输出信号分析为例，对两种滤波方法作了实验验证．理论分析和实验结果表明：所提出的两种误差补

3、偿方法是正确有效的，且后一种方法的滤波与跟踪效果比前一种更好．关键词：ＭＥＭＳ陀螺仪；随机误差；误差补偿；卡尔曼滤波中图分类号：Ｖ２４９．３２文献标识码：Ａ┈┇┄┃┃┄│﹦┇┇┄┇﹤┄│┅┃┈┉┃┉┄┈┄┇﹦﹩┎┇┄┈┄┅ＬＩＪｉｅ，ＬＩＵＪｕｎ，ＺＨＡＮＧＷｅｎｄｏｎｇ，ＹＡＮＧＷｅｉ（ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃ

4、ｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）﹢┈┉┇┉：ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｒａｎｄｏｍｄｒｉｆｔｅｒｒｏｒｏｆＭＥＭＳｇｙｒｏｓｃｏｐｅ，ｉｔｓｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｈｙｐｏｔｈｅｓｅｓｏｆｔｈｅｍｅａｎｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｃｈａｎｇｅａｎｄｍｅａｎｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｓｐｅｅｄｕｐｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅＭＥＭＳｇｙｒｏ’ｓａｎｇ

5、ｌｅｒａｔｅ，ｔｗｏｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｔｈｅｒａｎｄｏｍｅｒｒｏｒｏｆＭＥＭＳｇｙｒｏｓｃｏｐｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｒａｎｄｏｍｅｒｒｏｒ，ｔｈｅｉｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｅｑｕａｔｉｏｎｗａｓｄｅｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ＴａｋｉｎｇａＭＥＭＳｇｙｒｏｉｎａｍｉｃｒｏｉｎｅｒｔｉａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍａｓｔｈｅｅ

6、ｘａｍｐｌｅ，ｔｗｏｆｉｌｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｒｒｅｃｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅ，ａｎｄｔｈｅｌａｔｔｅｒｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｆｏｒｍｅｒｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇｅｆｆｅｃｔ．┎┌┄┇┈：ＭＥＭＳｇｙｒｏｓｃｏｐｅ；ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｅｒｒｏｒ；ｅｒｒｏｒｃｏ

7、ｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；Ｋａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒ［１］ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）陀螺仪是一类新型惯性器件，具有体积小、成本低、重量轻、可靠性高等一系列优点，被广泛应用于各种军用和民用领域．然而，由于ＭＥＭＳ陀螺仪的精度较低，致使由它所组成的各类惯性测量系统目前主要用于一些精度要求不高的场合，这极大地制约了ＭＥＭＳ陀螺仪的实际应用领域和应用深度．如何有效地提高ＭＥＭＳ陀螺仪的实际应用精度，不仅是当前各国学者所关注和研究的一个热点问题，同时也是ＭＥＭＳ陀螺仪在实际工程应用

8、中所急需解决的一项技术难题．目前，提高ＭＥＭＳ陀螺仪精度的技术途径主要有两种：一是通过硬件优化的方法在其设计阶段完成，收稿日期：２００８０８２９基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６７５２１３）作者简介：李杰（１９７６），男，讲师，博士．主要从事微系统集成理论与技术、惯性测控技术、组合导航理论等方面的研究．３８２中北大学学报（自然科学版）２００９年第４期即通过优化器件的设计结构，和提高其加工工艺水平等