基于MEMS-IMU的航姿測量系統(tǒng)技術(shù)研究.pdf

1、MEMS技術(shù)的出現(xiàn)，引領(lǐng)了慣性導(dǎo)航技術(shù)的巨大變革，使慣性導(dǎo)航系統(tǒng)向著低成本、低功耗、微型化的方向發(fā)展。特別是MEMS-IMU的出現(xiàn)，使得慣性導(dǎo)航系統(tǒng)向著集傳感器與處理器于一身的“微系統(tǒng)”方向發(fā)展。鑒于MEMS技術(shù)在航空航天及軍事領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，對(duì)MEMS-IMU的研究成為目前慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　本文以基于MEMS-IMU的捷聯(lián)式航姿測量系統(tǒng)的硬件平臺(tái)為依托，著重研究MEMS-IMU的誤差建模及標(biāo)定技術(shù)、航姿測量系統(tǒng)的

2、初始對(duì)準(zhǔn)及基于自適應(yīng)Kalman濾波的姿態(tài)更新算法。
　　首先，本文簡要介紹了課題研究背景及意義，闡述了MEMS慣性器件的發(fā)展歷程及其在相關(guān)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用優(yōu)勢；簡要介紹了航姿測量系統(tǒng)中測量單元的構(gòu)成方案，并確定使用加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)來輔助陀螺儀進(jìn)行測姿，這種測姿方案優(yōu)勢明顯，通過使用加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)分別敏感重力向量和地磁向量來輔助陀螺儀測姿，很好的彌補(bǔ)了陀螺儀測姿時(shí)誤差隨時(shí)間積累的缺陷。
　　然后，給出了航姿測量系統(tǒng)所使用的坐

3、標(biāo)系定義及姿態(tài)角定義，闡述了航姿測量系統(tǒng)的捷聯(lián)矩陣的建立及即時(shí)修正算法；介紹了本文所依托硬件平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)MEMS-IMU模塊做了詳細(xì)介紹，分析了其性能特點(diǎn)及數(shù)據(jù)采集過程；這為后續(xù)的課題研究奠定了基礎(chǔ)。
　　接著，針對(duì)MEMS慣性器件的特性，分析了其誤差來源，并根據(jù)本系統(tǒng)要求選取零偏、刻度因子和非正交安裝誤差系數(shù)作為主要誤差源，建立了相應(yīng)的誤差模型；對(duì)于MEMS-IMU的標(biāo)定，也針對(duì)陀螺儀、加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)的不同特點(diǎn)分別

4、給出了具體的方法步驟；通過對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，給出了標(biāo)定結(jié)果，并根據(jù)標(biāo)定結(jié)果驗(yàn)證了MEMS-IMU的建模及標(biāo)定方法是可行的。
　　然后，介紹了Kalman濾波基本理論并做了簡要分析，針對(duì)本課題的濾波算法流程分析了系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)過程，給出了初始捷聯(lián)矩陣的求解方法；在Kalman濾波基本原理的基礎(chǔ)上，本文使用四元數(shù)誤差和陀螺儀零偏誤差作為狀態(tài)變量，以加速度計(jì)誤差和磁強(qiáng)計(jì)誤差作為觀測變量，完成了航姿測量系統(tǒng)的自適應(yīng)Kalma