基于MEMS-IMU寻北定向技术研究.pdf

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1、基于MEMS-IMU寻北定向技术研究张成浩2015年01月中图分类号：UDC分类号：基于MEMS-IMU寻北定向技术研究作者姓名张成浩学院名称自动化学院指导教师陈家斌教授答辩委员会主席谢玲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ResearchonTechnologyofOrientationandNorth-SeekingBasedonMEMS-IMUCandidateName：ChenghaoZhangSchoolorDepartment:School

2、ofAutomationFacultyMentor:Prof.JiabinChenChair,ThesisCommittee：Prof.LingXieDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：NavigationGuideandControlDegreeby: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的研究工作获得的研究成果。尽我所

3、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惯性寻北技术是惯性领域的重要组成部分，是现代导航系统能够快速、精确定向的重要保障技术之一。基于微机电系统技术的陀螺仪是一种新型角速度传感器，具有成本低，重量轻，功耗小等优点，与传统的机械与光学陀螺相比具有很大的优越性。综

4、合分析了寻北技术的分类及捷联陀螺寻北设备的发展现状，并且对目前MEMS-IMU主流产品的性能指标进行了市场调研。论文结合当前惯性陀螺寻北仪的发展需要，基于现有国产的微机械惯性测量单元(MEMS-IMU)，进行了全面的寻北技术研究。论文对陀螺寻北技术中的静态寻北法（单位置寻北、二位置寻北、四位置寻北）、卡尔曼滤波法以及连续旋转调制法进行了详细地介绍，并对各个方案中影响陀螺寻北精度的误差因素进行了分析和总结。单轴位置转台、单轴速率位置转台以及相应的软件程序构成了论文的实验基础。论文首先针对研究用到的MEMS-I

5、MU设计数据采集程序，利用Allan方差法对原始数据进行分析，得到实验用到的IMU的性能指标。然后分别设计二位置寻北实验，卡尔曼滤波寻北实验以及连续旋转调制寻北实验，对论文提出的各种MEMS-IMU寻北方案进行实验验证，并给出寻北精度水平，其中MEMS-IMU连续旋转调制寻北的重复性精度能够达到5°以内。关键词：MEMS-IMU；寻北；卡尔曼滤波；旋转调制技术I北京理工大学硕士学位论文AbstractInertialnorthseekingtechnologyisanimportantpartininert

6、ialtechnologyfield.Itisoneoftheimportantguaranteetechnologyofmodernnavigationsystem’squicklyandaccuratelyorientation.ThegyroscopebasedonMEMSisanewtypeofangularratesensor.Ithasgreatadvantagescomparedwiththetraditionalmechanicalandopticgyro,becausetheMEMSgyr

7、ohastheadvantagesoflowcost,lightweightandlowpowerconsumption.Theclassificationofnorthseekingtechnologyhasbeenintroducedandacomprehensiveanalysishasbeendoneonthedevelopmentstatusofstrapdowngyronorthseekingequipments.WealsopresentstheperformanceofMEMS-IMUpro

8、ductsatpresent.Combinedwiththedemandofinertialgyronorthfinder,acomprehensiveresearchhasbeendoneonthenorthseekingtechnologybasedonaexistingdomesticMEMS-IMU.Thestaticnorthseekingmethod(singlepositionnorthseekin