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陀螺随机误差的分析、建模与滤波研究

张红磊  
【摘要】:伴随制造业的发展,陀螺仪的测试精度在不断的提高,同时惯性导航系统的精度也在不断的提高。随着陀螺仪制造精度的提高,随机误差对陀螺仪精度的影响越来越不容忽视。为了减小随机误差对导航精度的影响,本文以MEMS陀螺、激光陀螺、光纤陀螺为对象研究了陀螺的随机误差。陀螺随机误差的分析方法主要有自相关函数法、功率谱密度法以及Allan方差分析法。为了分析三种陀螺的随机误差,本课题首先分析了它们的自相关函数以及功率谱密度,然后使用Allan方差分析方法分析了它们的随机误差。为了得到三种陀螺随机误差的噪声系数,对Allan方差分析结果进行了曲线拟合,进而求取了陀螺随机误差的噪声系数。为了验证采样总时间、不同次上电以及滤波器截止频率对陀螺随机误差Allan方差分析的影响,先是进行了相关实验,然后对实验数据进行Allan方差分析。虽然Allan方差分析法得到了陀螺随机误差的噪声系数,但是并没有用于建立陀螺输出的随机误差模型。为了建立陀螺随机误差的ARMA模型,先对陀螺随机误差信号的平稳性进行了检验,进而根据检验结果,使用递推增广最小二乘法估计了陀螺随机误差ARMA模型的模型参数。用AIC准则对所建立的ARMA模型的适用性进行了验证。将ARMA模型改写成离散状态空间模型,应用Kalman滤波技术对陀螺的输出进行滤波。对滤波前后陀螺的输出数据进行了比较,同时也对比了滤波前后数据的Allan方差分析结果,获得了相应结果。最后,为了便于进行陀螺随机误差的分析、建模以及滤波,搭建了陀螺输出的数据采集平台。该实验平台采用RS422串口协议进行通讯,能够灵活设置数据帧的格式,完成对不同协议的三种陀螺输出的数据采集及Allan方差分析工作。


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