MEMS惯导系统标定补偿技术及导航姿态算法研究

论文摘要

微机电惯性导航系统简称微惯导系统，采用三只微机电陀螺构成，记为MEMS INS。本文中的微惯导系统应用于某产品上，是其重要组成部分。本文针对微惯导系统的标定补偿技术和导航姿态算法开展了研究工作，实现了微惯导系统快速标定方法，并实现了与GPS进行长航时的组合导航姿态算法，解决了微惯导系统工程应用的两个关键技术。结合微惯性器件精度较低、受温度影响较大等特点，研究了低精度微惯导系统的快速标定补偿方法，能够实现大批量、短时间、高效率误差标定补偿工作。首先建立了微惯导系统补偿模型，其次设计了与一般惯导系统标定方法不一样的标定流程，最后我们将快速标定方法与普通标定方法比较，得出结论：快速标定方法合理有效。该产品的工作时间比较长，但是微惯导系统的精度比较低。为了能使微惯导系统满足该产品的使用要求，设计了导航姿态算法，能够进行与GPS的组合导航，以及无GPS信息情况下的惯导系统姿态自修正技术，实现了长航时导航。通过仿真和试验，验证了微惯导系统标定补偿方法和长航时导航姿态算法的有效性，具有良好的工程实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 国内外的研究现状和发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 微惯导系统概述
• 2.1 微惯导系统技术指标、组成及工作原理
• 2.1.1 微惯导系统总体技术指标
• 2.1.2 微惯导系统组成
• 2.1.3 微惯导系统工作原理
• 2.1.4 结构设计
• 2.2 本章小结
• 第3章 微惯导系统误差标定补偿技术研究
• 3.1 微惯导系统的误差补偿模型
• 3.1.1 石英音叉陀螺的误差补偿模型
• 3.1.2 石英振梁加速度计的误差补偿模型
• 3.1.3 陀螺、加速度计的温度补偿模型
• 3.2 微惯导系统的标定方法
• 3.2.1 标定流程
• 3.2.2 常温位置标定
• 3.2.3 速率试验
• 3.2.4 温度标定试验
• 3.2.5 数据处理及补偿效果
• 3.2.5.1 标定数据处理
• 3.2.5.2 标定试验结果
• 3.3 改进的微惯导系统标定方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 微惯导系统的组合导航技术
• 4.1 组合导航系统模式的选择
• 4.2 坐标系定义
• 4.3 GPS/INS 松组合的组合导航
• 4.3.1 滤波算法
• 4.3.2 滤波器细节设计
• 4.3.3 松组合静态试验、跑车试验
• 4.3.3.1 静态仿真
• 4.3.3.2 跑车试验
• 4.4 GPS/INS 紧组合的组合导航
• 4.4.1 紧组合滤波算法
• 4.4.2 紧组合仿真
• 4.5 姿态自修正算法
• 4.5.1 卡尔曼滤波姿态修正算法设计
• 4.5.2 运动状态判别算法
• 4.5.3 滤波模型的建立
• 4.5.4 系统可观测性和状态变量可观测度分析
• 4.5.5 姿态自修正算法仿真与跑车试验
• 4.5.5.1 静态仿真
• 4.5.5.2 跑车试验数据仿真
• 4.6 本章小结
• 第5章 微惯导系统的环境适应性分析与验证
• 5.1 使用环境分析
• 5.2 耐环境设计措施
• 5.2.1 振动与冲击防护
• 5.2.2 热设计
• 5.2.3 三防处理
• 5.3 微惯导系统环境试验
• 5.3.1 高低温试验
• 5.3.2 振动、冲击试验
• 5.4 本章小节
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读工程硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢