基于MEMS-IMU的航姿測量系統(tǒng)技術(shù)研究.pdf

1、MEMS技術(shù)的出現(xiàn)，引領(lǐng)了慣性導(dǎo)航技術(shù)的巨大變革，使慣性導(dǎo)航系統(tǒng)向著低成本、低功耗、微型化的方向發(fā)展。特別是MEMS-IMU的出現(xiàn)，使得慣性導(dǎo)航系統(tǒng)向著集傳感器與處理器于一身的“微系統(tǒng)”方向發(fā)展。鑒于MEMS技術(shù)在航空航天及軍事領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，對MEMS-IMU的研究成為目前慣性導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點。
　　本文以基于MEMS-IMU的捷聯(lián)式航姿測量系統(tǒng)的硬件平臺為依托，著重研究MEMS-IMU的誤差建模及標定技術(shù)、航姿測量系統(tǒng)的

2、初始對準及基于自適應(yīng)Kalman濾波的姿態(tài)更新算法。
　　首先，本文簡要介紹了課題研究背景及意義，闡述了MEMS慣性器件的發(fā)展歷程及其在相關(guān)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用優(yōu)勢；簡要介紹了航姿測量系統(tǒng)中測量單元的構(gòu)成方案，并確定使用加速度計和磁強計來輔助陀螺儀進行測姿，這種測姿方案優(yōu)勢明顯，通過使用加速度計和磁強計分別敏感重力向量和地磁向量來輔助陀螺儀測姿，很好的彌補了陀螺儀測姿時誤差隨時間積累的缺陷。
　　然后，給出了航姿測量系統(tǒng)所使用的坐

3、標系定義及姿態(tài)角定義，闡述了航姿測量系統(tǒng)的捷聯(lián)矩陣的建立及即時修正算法；介紹了本文所依托硬件平臺的基本結(jié)構(gòu)，特別是對MEMS-IMU模塊做了詳細介紹，分析了其性能特點及數(shù)據(jù)采集過程；這為后續(xù)的課題研究奠定了基礎(chǔ)。
　　接著，針對MEMS慣性器件的特性，分析了其誤差來源，并根據(jù)本系統(tǒng)要求選取零偏、刻度因子和非正交安裝誤差系數(shù)作為主要誤差源，建立了相應(yīng)的誤差模型；對于MEMS-IMU的標定，也針對陀螺儀、加速度計和磁強計的不同特點分別

4、給出了具體的方法步驟；通過對陀螺儀和加速度計進行標定實驗，給出了標定結(jié)果，并根據(jù)標定結(jié)果驗證了MEMS-IMU的建模及標定方法是可行的。
　　然后，介紹了Kalman濾波基本理論并做了簡要分析，針對本課題的濾波算法流程分析了系統(tǒng)的初始對準過程，給出了初始捷聯(lián)矩陣的求解方法；在Kalman濾波基本原理的基礎(chǔ)上，本文使用四元數(shù)誤差和陀螺儀零偏誤差作為狀態(tài)變量，以加速度計誤差和磁強計誤差作為觀測變量，完成了航姿測量系統(tǒng)的自適應(yīng)Kalma