MEMS慣性測(cè)量單元自動(dòng)校準(zhǔn)算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、MEMS(Micro-electromechanicalSystems)慣性測(cè)量單元(IMU)具有體積小、測(cè)量范圍大、可靠性高和易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到汽車電子、精密儀器、航空航天等技術(shù)領(lǐng)域。但是，由于其測(cè)量精度較低、信號(hào)噪聲較大、對(duì)外界環(huán)境(如溫度、壓力等)敏感等，因此就需要采取一些必要的措施來(lái)提高其精度。一方面，可以從制造工藝上優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高芯片信號(hào)處理電路性能及電磁屏蔽性能等；另一方面，通過(guò)分析它的輸出數(shù)

2、據(jù)，建立合適的誤差模型，采用誤差補(bǔ)償技術(shù)減小其誤差。
　　本文以DJI公司MEMSIMU為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了誤差分析、建模和自動(dòng)化校準(zhǔn)補(bǔ)償研究。首先，介紹了IMU在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析了IMU的性能對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度的影響。其次，從機(jī)械構(gòu)造、力學(xué)原理上對(duì)IMU中加速度計(jì)和陀螺儀測(cè)量原理進(jìn)行了分析，指出了MEMSIMU產(chǎn)生誤差的原因，建立了主要的確定性誤差數(shù)學(xué)模型。最后，重點(diǎn)闡述了如何實(shí)現(xiàn)IMU確定性誤差高效的自動(dòng)化

3、校準(zhǔn)補(bǔ)償過(guò)程。
　　本文中對(duì)IMU溫漂的校準(zhǔn)，在分析了IMU溫漂特性基礎(chǔ)上提出在全溫度校準(zhǔn)周期內(nèi)采用小周期循環(huán)方式。結(jié)合本文設(shè)計(jì)的45°傾斜式旋轉(zhuǎn)臺(tái)，可以同時(shí)對(duì)加速度計(jì)和陀螺溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。這種方式使得一般需要進(jìn)行至少兩次的全溫度測(cè)試周期減小了一半。對(duì)于IMU中加速度計(jì)和陀螺三軸不正交誤差，本文引入誤差矩陣方法來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，采集IMU六個(gè)面的平放與轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)與理想的正交矩陣運(yùn)算得到各傳感器的安裝誤差矩陣

4、。另外，對(duì)溫漂誤差采用了多項(xiàng)式擬合方式進(jìn)行模型參數(shù)辨識(shí)，并考慮到補(bǔ)償算法的實(shí)際應(yīng)用性，還對(duì)辨識(shí)結(jié)果做了進(jìn)一步線性分段和表格化處理，使得整個(gè)校準(zhǔn)方案更符合實(shí)際應(yīng)用。整個(gè)系統(tǒng)以CAN總線作為上位機(jī)與IMU信息交換通道，以自定義通信協(xié)議進(jìn)行通信。在PC機(jī)端，由Labview軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和對(duì)程序的控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)校準(zhǔn)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)作。
　　最后，對(duì)系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證對(duì)比，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)在MEMS IMU校準(zhǔn)方面的可行性