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MEMS惯导系统标定补偿技术及导航姿态算法研究
| 论文题名： | MEMS惯导系统标定补偿技术及导航姿态算法研究 |
| 关键词： | 微机电惯性导航系统;标定补偿;姿态算法;自适应卡尔曼滤波 |
| 摘要： | 微机电惯性导航系统简称微惯导系统，采用三只微机电陀螺构成，记为MEMS INS。本文中的微惯导系统应用于某产品上，是其重要组成部分。本文针对微惯导系统的标定补偿技术和导航姿态算法开展了研究工作，实现了微惯导系统快速标定方法，并实现了与GPS进行长航时的组合导航姿态算法，解决了微惯导系统工程应用的两个关键技术。 结合微惯性器件精度较低、受温度影响较大等特点，研究了低精度微惯导系统的快速标定补偿方法，能够实现大批量、短时间、高效率误差标定补偿工作。首先建立了微惯导系统补偿模型，包括陀螺误差补偿模型和加速度计误差补偿模型，并建立了陀螺和加速度计的温度补偿模型，补偿由温度引起的零位误差和标度因数误差。其次设计了与一般惯导系统标定方法不一样的标定方案，该标定方案结合了惯性器件单表标定环节和惯导系统的标定环节，合理利用了单表标定数据，优化标定流程，试验证明取得了较好的标定精度。最后我们将快速标定方法与普通标定方法比较，证明快速标定方法确实合理有效。 该产品的工作时间比较长，但是微惯导系统的精度比较低。为了能使微惯导系统满足该产品的使用要求，设计了导航姿态算法，使微惯导系统能够实现与GPS的组合导航，即SINS/GPS组合导航，包括松组合和紧组合，用GPS接收机的定位信息作为基准信息，设计适合该微惯导系统的kalman滤波方法，估计并修正微惯导系统的姿态误差，使其姿态精度满足要求。 当GPS定位失效时，微惯导系统的姿态误差很快变大，为了实现无GPS信息情况下姿态测量，设计了微惯导系统的姿态自修正技术。用水平加速度计输出作为观测量，设计卡尔曼滤波器估计姿态误差和陀螺漂移，并进行实时修正。此算法实时判断载体的运动状态，根据判断结果调整相应的参数，实现自适应的卡尔曼滤波。通过SINS/GPS组合导航和姿态自修正算法，使微惯导系统实现了长航时导航。 最后通过标定试验，验证了微惯导系统标定补偿方法的正确性；通过仿真和车载等试验，验证了长航时导航姿态算法即SINS/GPS组合导航和姿态自修正算法的正确性。实践证明该标定方法和长航时导航姿态算法具有良好的工程实用性。 |
| 作者： | 钟钧宇 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 兰海;卿立 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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