低成本MEMS惯性测量组件复合标定与误差补偿方法研究

摘要

MEMS惯性测量组件具有体积小、功耗低、成本低和可靠性高等优点，在民用和军用领域都具有广阔的应用前景。因此，提高MEMS惯性器件的精度是非常必要的。本文利用实验室现有的实验设备对实验室自制的低成本MEMS惯性测量组件进行标定和补偿方法研究。
　　首先，对实验室自制低成本MEMS惯性测量组件进行确定性误差分析，确定其误差项，建立其常温下的系统误差模型和温度误差模型，利用带温箱的单轴速率转台进行十八位置静态、六位置动态和变温等标定实验，通过不同的算法解算得到误差模型中的误差系数，最后对补偿结果进行分析。
　　其次，考虑到自制MEMS惯性测量组件的实际用途，利用三轴仿真速率转台进行复合运动实验，观察复合运动对器件的影响。建立陀螺仪的耦合项误差模型，设计两种不同的实验方案进行实验，通过算法解算最终得到耦合项的系数，完成了MEMS陀螺仪的复合标定过程。
　　再次，对MEMS惯性器件的输出数据进行了PSD分析和Allan方差分析，表征和辨识了其随机项误差，利用时间序列法建立其随机误差模型，通过Kalman滤波算法对MEMS惯性器件进行随机漂移滤波，观察滤波前后的数据发现随机漂移的幅度明显降低，达到了改善MEMS惯性测量器件随机误差的目的。
　　最后，针对MEMS陀螺仪采用两次卡尔曼滤波处理，不仅可以更进一步提高MEMS陀螺仪精度，而且还可以解决陀螺仪在未知输入转速情况下的补偿工作。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 论文主要研究内容及结构安排

第2章 低成本MEMS惯性测量组件的误差分析

2.1 MEMS惯性器件的误差分析

2.2 MIMU及实验设备

2.3 本章小结

第3章 MEMS MIMU标定补偿技术

3.1 常温下微惯性测量单元的误差模型

3.2 常温下微惯性测量单元的标定及补偿方法

3.3 变温下微惯性测量单元误差建模及补偿

3.4 本章小结

第4章MEMS MIMU复合标定方法研究

4.1 MIMU的复合实验

4.2 MEMS陀螺的耦合项系数

4.3 复合标定结果分析

4.4 本章小结

第5章MEMS MIMU随机误差建模及补偿方法

5.1 微惯性测量单元随机误差分析

5.2 时间序列分析及建模

5.3 卡尔曼滤波

5.4 MEMS陀螺的两次卡尔曼滤波

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢