一种用于车载导航系统的MEMS陀螺性能研究

摘要

随着经济发展和技术进步，车载导航系统日益普及，MEMS陀螺作为一种新型的低成本陀螺，可以有效提高GPS/DR车载组合导航系统的经济性。陀螺仪性能对组合导航系统导航精度有着重要影响，为此本文对其特性和随机漂移进行了研究，并取得了初步成果。 首先，在合理选择A/D转换器的基础上，设计了采样模块的硬件电路及采样程序，并在全量程范围内对数据采集模块进行了测试，验证了其精度能够满足GPS/DR车载组合导航系统的要求，并在测试数据的基础上对A/D转换电路的特性曲线进行了拟合。 然后，利用单自由度伺服转台对ADXRS300型MEMS陀螺进行了多组测试，采集了不同转速下的陀螺输出，采用巴特沃兹数字滤波对陀螺数据进行处理，滤除了大部分高频噪声；根据滤波后所得结果，绘制出该型陀螺仪的工作曲线；依据最小二乘法，利用多项式拟合出了考虑常值漂移及一次漂移的MEMS陀螺输出模型。 最后，在大量实测数据的基础上，检验了MEMS陀螺随机漂移的统计学特性；依据检验结果将陀螺随机漂移作为有色噪声进行处理，采用时间序列分析法建立了自回归模型，并利用FPE、AIC等准则确定了模型阶数；在该模型的基础上，对陀螺随机漂移进行离散卡尔曼滤波，验证了模型的有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1陀螺仪发展历程及现状

1.1.1陀螺仪简介

1.1.2陀螺仪发展历程

1.2车载组合导航系统简介

1.2.1车载组合导航系统分类

1.2.2 GPS／DR组合导航系统概述

1.3系统总体结构设计

1.3.1 GPS接收模块

1.3.2 DR导航模块

1.3.3核心处理器

1.4围绕课题开展的主要工作

1.5本论文的主要研究内容

第二章数据采集模块设计

2.1 A／D转换器的选择

2.2硬件电路设计

2.2.1 A／D转换部分

2.2.2电平转换部分

2.2.3电源部分

2.3采样程序的设计

2.4数据采集模块的测试与性能分析

2.4.1数据采集模块测试

2.4.2性能分析

2.5小结

第三章MEMS陀螺性能测试与分析

3.1MEMS陀螺工作原理

3.1.1 ADXRS300型MEMS陀螺仪简介

3.1.2音叉式微机械陀螺仪工作原理

3.2陀螺漂移的分析过程

3.2.1陀螺漂移误差模型的建立方法

3.2.2陀螺漂移的测试方法

3.2.3引起陀螺漂移的原因

3.2.4 MEMS陀螺信号的数学模型

3.2.5陀螺漂移误差模型的建立步骤

3.3 MEMS陀螺性能测试与分析

3.3.1 MEMS陀螺数据采集

3.3.2陀螺仪工作曲线的测定

3.3.3陀螺漂移信号趋势项的提取

3.4小结

第四章MEMS陀螺随机漂移建模与补偿

4.1陀螺随机漂移统计特性检验

4.1.1陀螺漂移数据预处理

4.1.2陀螺随机漂移统计特性检验

4.2陀螺仪随机漂移模型研究

4.2.1陀螺随机漂移的分类

4.2.2AR模型的选择

4.2.3建模步骤

4.2.4陀螺随机漂移建模

4.3陀螺随机漂移补偿的研究

4.3.1卡尔曼滤波简介

4.3.2离散卡尔曼滤波器模型

4.3.3陀螺随机漂移补偿

4.4小结

第五章总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢