基于MEMS惯性器件的分布式导航系统研究

摘要

利用各种方法或手段引导交通工具或其他运动的物体从一个位置到另一个位置的过程就是导航(Navigation)。导航系统中最重要的硬件是导航传感器。MEMS陀螺仪和MEMS加速度计作为新兴发展起来的导航传感器,以其低功耗、低成本和体积小等优点在众多导航领域中得到广泛的运用。但是MEMS陀螺仪和MEMS加速度计也有其自身难以克服的不足,主要是导航精度较差,且误差有累计效应等,这些不足限制了MEMS陀螺仪和MEMS加速度计在高精度导航系统中的应用。
　　本文通过利用ALLAN方差分析法分析MEMS陀螺仪和MEMS加速度计的误差特性,根据MEMS陀螺仪和MEMS加速度的误差特性建立误差模型,针对误差模型特点,设计相适应的数据融合滤波器,利用冗余信息,提高导航精度。仿真实验表明,MEMS陀螺仪的数据输出通过滤波后精度能得到较大提升。
　　文章最后一章引入了分布式导航系统的概念,并简要介绍了分布式导航系统的优势。之后,文章设计了两种分布式导航系统,一种分布式导航系统中所有导航节点只有MEMS陀螺仪作为导航传感器;另一种分布式导航系统中部分导航节点利用MEMS陀螺仪作为导航输出,部分导航节点利用GNSS接收机作为导航输出。通过实验仿真表明所有节点均为MEMS陀螺仪的分布式导航系统能够有效降低系统导航误差,而加入GNSS接收机能够使系统的累积误差得到较大的优化。

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第一章 绪论

1.1导航的发展

1.2卫星导航和惯性导航的误差

1.3卫星导航系统和惯性导航系统的结合背景

1.4常见的卫星导航系统和惯性导航系统的组合结构和算法

1.5论文的主要内容与章节安排

第二章 MEMS误差模型及其分析方法

2.1 MEMS导航器件的工作原理

2.2 MEMS惯性器件的误差模型

2.3常见的MEMS误差分析方法

2.4 ALLAN方差分析法

2.5本章小结

第三章 基于ALLAN方差分析的虚拟MEMS陀螺仪

3.1虚拟MEMS陀螺仪的发展背景及其基本原理

3.2虚拟陀螺仪相关数学模型

3.3虚拟陀螺仪仿真实验

3.4虚拟MEMS陀螺仪性能分析

3.5本章小结

第四章 分布式MEMS导航算法研究

4.1分布式导航介绍

4.2 分布式MEMS陀螺仪导航系统

4.3 MEMS陀螺仪和GNSS导航组合的分布式导航

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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