MEMS惯性器件动静态标定方法研究.ppt

论文的内容 1.1 惯性技术的发展 2.1 MIMU建立误差模型和方法 2.3建立相关模型方程 2.3.2 完备误差模型的建立 3.1十位置静态标定实验 3.2 三方位正负速率实验 陀螺仪摆放示意图 4.1 对加速度计和陀螺仪零偏编程计算 4.3对陀螺仪安装误差、标度因数 * 论文题目 MEMS惯性器件动静态标定方法研究 班级 学生 孙凯 导师 王磊 1、了解MIMU(陀螺仪，加速度计)的工作原理，分析MIMU(陀螺仪，加速度计)的主要误差项 2、建立MIMU的MEMS惯性器件，陀螺仪和加速度计通用的误差模型 3. 加速度的静态误差标定方案 4．陀螺仪的动、静态误差标定方案 5、Matlab仿真程序的编制（应用在陀螺仪和加速度计采集得到的数据，通过对加速度计和陀螺仪的动、静态误差标定方案对加速度计和陀螺仪误差模型中的具体参数进行确定，即标定的过程；然后反推其过程，得到去除误差后的模型） 惯性技术应用于导航则是在20世纪发展起来的 1923年，德国科学家舒拉在一篇文章中提出了舒拉摆原理，他的一些论断对惯性导航系统的产生与发展起了十分重要的作用 。 1942年，德国在VZ火箭上第一次装上了初级型的惯性导航系统，这一创举引起世界上的极大重视，并把惯性系统的研究推进到一个迅速发展的阶段。 上世纪70年代末80年代初，环形激光陀螺(Ring Laser Gyro，RLG)与光纤陀螺(Fiber Optical Gyro，FOG)研制成功，从而以其良好的动调性能与高可靠性显示出很强的竞争力。 上世纪90年代，随着微电子技术与精密机械技术的发展，MEMS得到足够的重视。 1.2 MEMS惯性器件及系统 MEMS惯性系统分为三级，分别是 惯性传感器组合 ISA (Inertial Sensors Assemble) 惯性测量单元 IMU (Intertil Measurement Unit) 惯性导航系统 INS (Inertial Navigation Systerm) 建立MIMU的误差数学模型通常有两种不同的方法： (1)分析法 该方法根据仪表的工作原理和结构，分析引起误差的物理机理，通过数学推导得到它的误差数学模型，再通过试验确定模型中的有关参数。用这种方法得到的数学模型物理概念清晰，模型中的各项误差一般都有明确的物理意义与之对应，因此又称物理模型。 (2)实验法 该方法不需要事先建立其误差数学模型，而是以试验中取得的大量数据为依据，用系统辨识的方法建立其误差数学模型。这种建模过程一般包括模型识别、参数估计和对参数进行统计检验三个阶段。 以上两种建模方法在工程实践中互为补充，一般来说，研究确定性的误差分量采用分析法，而研究随机性的误差分量时采用实验法。 2.2 惯性测量元件的误差分析 MIMU主要误差项有以下三项： (1)标度因数 加速度计和陀螺的输出是数字量输出，输出与单位输入量之间的比值称为标度因数。 对加速度计来说数字输出与单位比力之间的比值称为加速度计的标度因数；对光纤陀螺来说数字输出与单位角增量之间的比值称为陀螺的标度因数。 (2)安装误差 在MIMU中，由于加速度计和陀螺仪的三个轴与MIMU基准坐标系的三个轴不一致，从而导致了加速度计和陀螺仪坐标系都成了非正交坐标系。可以采用2个参数来描述每个轴向的加速度计和陀螺仪的安装误差，从而构成了安装误差矩阵，其示意图如下页。 (3)零偏 零偏是指输入为零时MIMU的输出值。陀螺仪的零偏又称零位漂移，是指输入角速度为零时陀螺仪的输出量，单位为。如果该值并不是恒定的，实际上零偏本身是变化的，带有随机的性质，是重要的误差项。 (4)比力有关误差项 此项在陀螺仪有较大影响，因而不可忽略。它是由于载体在运动时加速度产生的对陀螺仪的影响。由于MIMU中陀螺仪为非正交坐标系，所以任何一轴的加速度会对正交坐标系三个轴产生影响。因此，比力有关误差项系数为3×3的矩阵。 2.3.1 通用模型的建立 对于一个单一惯性器件，误差模型有如下形式： (2.1) 其中 ——检测得到的传感器输出； ——传感器检测的真值； b(t) ——输出的零位偏移(output