MIMU标定及误差补偿技术研究

摘要

微机械惯性器件（硅微机械陀螺仪和硅微电容加速度计）具有体积小、成本低、集成度高、抗过载能力强等特点，在导航制导、智能弹药领域有着广阔的应用前景。在现有MEMS惯性器件及MIMU基础上进行误差建模及标定补偿技术研究，是提高其精度行之有效的方法之一。
　　首先，针对硅微机械陀螺仪和硅微电容加速度计，阐述其温度误差和随机误差的产生机理，以测试方法为依据，对国内研制的惯性器件，开展了温度误差和随机误差的相关测试和试验，为后续误差建模与补偿研究奠定理论基础和数据支撑。
　　接着，对MEMS惯性器件温度漂移和滞回现象进行了分析，并在惯性器件温度试验过程中运用相应的测试方法减小温度滞回对传感器温度误差数据的影响。针对MEMS陀螺仪和MEMS加速度计不同的温度特性，安排了相应的升降温标定试验。针对陀螺仪利用一元高阶模型进行温度补偿，针对加速度计采用多元非线性模型和BP神经网络进行温度补偿。补偿后陀螺仪零偏温度系数为0.19°/h/℃，加速度计零偏温度系数为0.046mg/℃。
　　然后，围绕MEMS惯性器件随机误差，将其视为随机过程，并以功率谱密度、Allan方差为MEMS惯性器件随机误差分析手段，采用数据挖掘理论中的支持向量机作为建模工具，通过训练得到随机误差模型。补偿后MEMS陀螺仪、加速度计零偏不稳定性分别提高65.7％和52.8％。
　　最后，对MEMS惯性器件构建MIMU时不可避免的安装误差及弹载冗余MIMU中心距误差展开了讨论。建立了安装误差模型，基于三轴转台安排了标定试验求得模型参数，并进行解耦验证。针对冗余配置MIMU中的加速度计建立了中心距模型，并利用精密离心机进行标定试验，求得中心距误差，通过转台测试表明，标定结果能够满足高转速测量的精度要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 国内外研究现状

1．1．1 MEMS惯性器件及MIMU发展概况

1．1．2 MEMS惯性器件及MIMU误差建模补偿研究现状

1．2 研究意义和主要研究内容

2 MEMS惯性器件误差分析及性能试验

2．1 MEMS惯性器件温度误差

2．2 MEMS惯性器件随机误差

2．3 MEMS惯性器件测试

2．3．1 MEMS惯性器件温度性能测试

2．3．2 MEMS惯性器件随机误差测试

2．4 本章小结

3 MIMU温度误差建模及补偿

3．1 温度滞回现象及分析

3．2 温度误差建模方法

3．2．1 一元多项式模型

3．2．2 多元非线性模型

3．2．3 BP人工神经网络模型

3．3 温度误差模型参数标定

3．4 MEMS惯性器件温度误差模型及补偿

3．4．1 MEMS陀螺仪温度模型及温度误差补偿

3．4．2 MEMS加速度计温度模型及温度误差补偿

3．5 本章小结

4 MIMU随机误差建模及补偿

4．1 MEMS随机误差评价方法

4．1．1 功率谱密度

4．1．2 Allan方差

4．2 支持向量机建模方法

4．3 MEMS惯性器件随机误差模型及补偿

4．3．1 MEMS陀螺仪随机误差模型及补偿

4．3．2 MEMS加速度计随机误差模型及补偿

4．4 本章小结

5 MIMU安装误差及中心距标定方法研究

5．1 MIMU安装误差标定方法研究

5．1．1 仿射坐标系的安装误差模型

5．1．2 MIMU安装误差模型

5．1．3 安装误差标定及误差补偿

5．2 MIMU中心距标定方法研究

5．3 小结

6 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录