MEMS慣性測量單元自動校準算法研究與實現(xiàn).pdf

1、MEMS(Micro-electromechanicalSystems)慣性測量單元(IMU)具有體積小、測量范圍大、可靠性高和易于實現(xiàn)數(shù)字化等優(yōu)點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到汽車電子、精密儀器、航空航天等技術(shù)領(lǐng)域。但是，由于其測量精度較低、信號噪聲較大、對外界環(huán)境(如溫度、壓力等)敏感等，因此就需要采取一些必要的措施來提高其精度。一方面，可以從制造工藝上優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高芯片信號處理電路性能及電磁屏蔽性能等；另一方面，通過分析它的輸出數(shù)

2、據(jù)，建立合適的誤差模型，采用誤差補償技術(shù)減小其誤差。
　　本文以DJI公司MEMSIMU為研究對象，對其進行了誤差分析、建模和自動化校準補償研究。首先，介紹了IMU在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析了IMU的性能對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度的影響。其次，從機械構(gòu)造、力學原理上對IMU中加速度計和陀螺儀測量原理進行了分析，指出了MEMSIMU產(chǎn)生誤差的原因，建立了主要的確定性誤差數(shù)學模型。最后，重點闡述了如何實現(xiàn)IMU確定性誤差高效的自動化

3、校準補償過程。
　　本文中對IMU溫漂的校準，在分析了IMU溫漂特性基礎(chǔ)上提出在全溫度校準周期內(nèi)采用小周期循環(huán)方式。結(jié)合本文設(shè)計的45°傾斜式旋轉(zhuǎn)臺，可以同時對加速度計和陀螺溫度數(shù)據(jù)進行采集。這種方式使得一般需要進行至少兩次的全溫度測試周期減小了一半。對于IMU中加速度計和陀螺三軸不正交誤差，本文引入誤差矩陣方法來進行校準。在標準的水平轉(zhuǎn)臺上，采集IMU六個面的平放與轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，然后通過與理想的正交矩陣運算得到各傳感器的安裝誤差矩陣

4、。另外，對溫漂誤差采用了多項式擬合方式進行模型參數(shù)辨識，并考慮到補償算法的實際應(yīng)用性，還對辨識結(jié)果做了進一步線性分段和表格化處理，使得整個校準方案更符合實際應(yīng)用。整個系統(tǒng)以CAN總線作為上位機與IMU信息交換通道，以自定義通信協(xié)議進行通信。在PC機端，由Labview軟件進行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示和對程序的控制，實現(xiàn)整個校準系統(tǒng)自動化運作。
　　最后，對系統(tǒng)的校準結(jié)果進行了驗證對比，結(jié)果表明本設(shè)計在MEMS IMU校準方面的可行性