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《上海交通大学》 2013年
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基于微惯性传感器的姿态算法研究

丁君  
【摘要】:随着微惯性传感器的快速发展和广泛应用,由微惯性传感器构成的微惯性测量系统成为了国内外研究的热门领域,也是未来低成本、中精度、小尺寸、低功耗、高过载、高可靠性的惯性测量系统的发展方向。凭借低成本、中精度、小尺寸等优点,微惯性航行姿态测量系统在航空航天、生物医学、汽车、机器人等众多领域有着非常广泛的应用。 本文针对微惯性技术领域的传感器误差分析和姿态算法的关键技术开展了深入研究,并以VN-100微惯性测量单元为工具,进行了实验仿真研究,主要研究内容如下: 本文首先介绍了微惯性传感器和微惯性测量系统的发展现状,继而介绍了捷联惯导系统基本原理,对传统的姿态更新算法进行了详尽的阐述和分析。 其次介绍了系统的微机械陀螺仪、微机械加速度计、三轴磁传感器的工作原理及性能参数,分析、建立了传感器误差模型,并用Allan方差分析了陀螺仪随机漂移误差的特性。 最后,分别设计了互补滤波器和经典Kalman滤波器,对加速度计和磁传感器的输出进行滤波处理,提高了基于加速度计和磁传感器的姿态算法所解算的姿态角精度;采用四元数法实时处理陀螺仪的输出以更新姿态四元数,利用加速度计和磁强计分别对地球重力场和地球磁场的观测来补偿陀螺仪零偏,采用平方根容积Kalman滤波对姿态四元数误差做最优估计,进而对所更新的四元数进行补偿校正。采集VN-100的校正传感器数据,对设计的滤波算法进行仿真。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN96.2;TP212.1

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【参考文献】
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