MEMS惯性器件标定与补偿技术研究

摘要

微机电(Micro Electromechanical Systems，MEMS)惯性器件（加速度计和陀螺仪）因体积小、成本低、精度低等特点，在测绘领域、航空航天领域、民营领域等得到广泛应用，用户对载体精度要求越来越高等需求逐渐出现，因此，在现有MEMS惯性器件精度基础上开展误差标定补偿方法研究在惯性导航系统应用中具有实际价值。此外，应用环境温度的变化对MEMS惯性器件测量也会产生较大影响，如何削弱温度误差带来的影响成为必须要解决的关键技术问题。
　　针对惯性器件标定补偿问题，首先基于惯性器件结构、原理、性能指标等理论，提出Allan方差分析、频谱分析等方法评价惯性器件性能。其次，围绕惯性器件性能评价、温度特性分析，建立加速度计位置、陀螺仪速率、惯性器件温度误差标定与补偿模型。通过加速度计位置实验、陀螺仪速率实验、惯性器件静态大温度区间实验分析惯性器材输出信息误差特性，验证标定补偿模型建立的可行性。论文所提误差标校与补偿方法的计算过程简洁且易于操作、数据采集实时性强，能够满足用户对载体小型化、高精度、实时性、可靠性的发展需求，可应用于多种传感器固定误差处理、组合导航等，在工程上具有一定的应用价值。

目录

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 MEMS惯性器件与发展概况

1.2.2 MEMS惯性器件标定与补偿技术研究现状

1.3 研究内容

1.4 研究方法与技术路线

2 MEMS惯性器件及标定与补偿原理

2.1 MEMS惯性器件

2.1.1 MEMS加速度计

2.1.2 MEMS陀螺仪

2.2 MEMS惯性器件的性能指标

2.2.1 安装误差

2.2.2 标度因数误差

2.2.3 零偏误差

2.2.4 温度误差

2.3 MEMS惯性器件标定与补偿原理

2.3.1 加速度计标定与补偿原理

2.3.2 陀螺仪标定与补偿原理

2.3.3 MEMS惯性器件温度标定与补偿原理

2.4 小结

3 MEMS惯性器件的误差分析

3.1 频谱分析

3.1.1 频谱分析原理

3.1.2 频谱分析步骤

3.1.3 频谱分析结果

3.2 时间序列分析

3.2.1 时间序列分析理论与方法

3.2.2 时间序列分析应用

3.2.3 时间序列分析步骤

3.3 Allan方差分析

3.3.1 Allan方差分析法原理与步骤

3.3.2 Allan方差分析方法精度评定

3.3.3 Allan方差数据分析

3.4 三种分析方法比较

3.5 小结

4 MEMS惯性器件标定与补偿模型的建立

4.1 MEMS标定补偿技术

4.1.1 标定注意事项

4.1.2 安装坐标系

4.2 MEMS标定与补偿数学模型

4.2.1 加速度计标定与补偿模型

4.2.2 陀螺仪标定与补偿模型

4.2.3 温度标定与补偿模型

4.3 小结

5 MEMS标定与补偿实验测试与分析

5.1 实验测试平台

5.2 MEMS惯性器件标定补偿测试结果与分析

5.2.1 加速度计标定与补偿位置测试结果

5.2.2 陀螺仪标定与补偿速率测试结果

5.2.3 温度静态数据标定与补偿测试结果

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

作者简历

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