关键词：
微惯性测量元件
捷联惯导系统
姿态解算
测试标定
误差建模
摘要：
得益于微机电系统(MEMS)技术的突破,微型惯性测量单元(MIMU)近年来得到了飞速的发展,MIMU以其轻量化、微型化、自主性的优点,广泛应用在消费电子、自动驾驶、机器人等领域。然而对于一些需要极高精度的场景,如军事领域、精密导航等,当前的MIMU仍无法完全满足其高精度要求,因而研究如何提高MIMU的精度成为了一个具有现实意义的重大课题。本论文从MIMU研究现状出发,通过建立误差模型,研究提高MIMU精度的数据处理和测试标定方法。其主要内容如下:
首先,针对MIMU的误差建模问题,基于MIMU的结构组成和工作机理,将确定性误差和随机误差分别分析,建立了MIMU的测量和误差模型,并引入Allan方差分析,对MIMU的主要性能指标进行了参数估计,为后续的姿态解算与测试标定奠定理论基础。
其次,基于MIMU常见的应用场景捷联惯导系统平台,分析捷联惯导系统姿态解算的数学原理,以此为基础研究基于MIMU的惯导系统的姿态解算算法,通过对比传统卡尔曼滤波算法与互补滤波算法的优劣势,针对实际应用中系统振动明显和加减速频繁的情况,引入自适应滤波算法,提出了基于MIMU数据的修正型自适应互补滤波来解决该情况下的惯导系统姿态解算精度问题,接着通过仿真实验对比三种算法的效果,证实了新算法的有效性。
最后,通过分析现实情况下的标定条件,面对分立标定对标定设备精度的高要求,研究了MIMU的系统级标定方法,以MIMU误差模型为基础,建立了MIMU标定模型,并推导了基于MIMU的捷联惯导系统的误差方程,基于转台使用该方法标定MIMU,通过实验结果,说明了该方法可以有效提高MIMU的精度,能够满足本文的实际应用需要。
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