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基于MEMS的低成本MIMU的应用研究

刘危  
【摘要】:随着惯性技术和微机电技术的不断发展,基于MEMS的低成本惯性组合导航系统正在成为导航领域的一个研究热点。本文研究的目的在于为基于MEMS的低成本MIMU的应用提供一些新的理论和方法,立足于解决现有导航系统存在的一些问题。 本文以基于MEMS的低成本MIMU的应用为目的,按照“从部分到整体,从组件到系统,从理论到实践”的顺序展开。本文研究的主要内容和成果有:首先,从MIMU的结构及基本工作原理出发,结合新型微机械惯性元件的特点建立了陀螺、加速度计以及MIMU的误差模型,分析了这种新型惯性组件初始标定和初始对准过程的特点及存在的相关问题,提出了一种新的现场标定对准技术。其次,由于在实际应用中,存在的圆锥误差对MIMU的应用构成了一定的影响,本文在对其来源进行了理论上的深入探讨的基础上,丰富和完善了传统的圆锥补偿算法设计方法,给出了传统的圆锥补偿算法的通用公式,并利用通用公式给出了3种新的圆锥补偿算法,完善了传统的圆锥补偿算法;然后,针对本课题研究中采用的MIMU的实际情况,提出了新的圆锥补偿算法设计方法,给出了12种新的圆锥补偿算法,在计算量增加不多的情况下,提高了圆锥误差的补偿精度;同时,也对相应的算法的局限性进行了研究。接着,由于速度误差中的划船效应补偿是MIMU的应用研究的另一个重要方面,本文给出了新的速度误差补偿算法的设计方法,并提出了12种新的划船效应补偿方法。同时,也对相应的算法的局限性进行了研究。另外,由于现有MIMU的精度低的特点,将其和GPS组合起来使用是必须的,而在组合系统中,主、子系统间的时间同步问题是必须解决的。为此,本文设计了修正Kalman滤波器,较好的解决了上述问题。最后,在前面研究的基础上,提出了将圆锥补偿和划船补偿及导航算法融合的SINS系统新算法。采用该算法并且结合修正Kalman滤波及现场标定技术,设计了基于MIMU的组合系统,经仿真和实验验证表明,该组合系统与没有进行相应补偿处理的系统相比,精度有明显提高。


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