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《上海交通大学》 2011年
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微惯性组合的抗磁干扰和温度补偿方法研究

李小朋  
【摘要】:微惯性组合系统是MEMS陀螺在导航上的重要应用,该系统利用MEMS陀螺、加速度计和磁强计的传感器组合来进行载体姿态解算,组合导航有效的克服了MEMS陀螺精度较低及陀螺漂移较大等缺点。然而在实际应用时,MEMS陀螺的硅材质和结构特性对温度比较敏感,易产生较大的漂移,此外,磁强计容易受到外界磁场干扰,从而对载体姿态信息的融合结果产生不利影响。本文的主要研究内容和工作如下: 1.本文首先介绍了微惯性组合系统的相关基本理论,包括惯性系统中常用坐标系理论、姿态矩阵定义、四元数法、旋转矢量法等,并对捷联姿态算法做了初步阐述。 2.分别讨论了利用MEMS陀螺进行姿态解算和利用加速度计、磁强计组合进行姿态解算的算法,在此基础上,进一步论述了利用卡尔曼滤波融合三种传感器的信息解算出姿态角的方法。 3.分析了微机械陀螺的各种误差来源,阐述了了影响微机械陀螺振动位移和结构灵敏度的主要因素。温度的变化会使谐振频率发生偏移、品质因数发生改变,会对原有的各种误差进一步放大,从而影响微机械陀螺的输出精度。介绍了微机械陀螺的温度误差补偿算法模型,阐述了最小二乘多项式的基本原理及实现方式。 4.对干扰磁场的性质进行分析,将干扰磁场分为载体磁场和环境磁场。分别从这两个方面开展抗磁干扰方法研究,其一是载体磁场的补偿算法,其中讨论了基于椭圆假设最小二乘法的载体磁场补偿算法;其二是环境磁场的补偿方法,本文提出一种基于模式切换算法的抗磁干扰方案来实现在环境磁场较复杂的情况下进行姿态解算。 通过大量的实验结果证明,本文所实现的微惯性系统的温度补偿方案和抗磁干扰方法是有效的,具有实际应用价值。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:V249.322

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【参考文献】
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