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微型航姿参考系统中微机械陀螺温度误差及补偿算法研究

温祖强  
【摘要】:微机械陀螺是组成惯性航姿参考系统的关键器件之一。由于硅材料是一种热敏材料,温度变化导致的各种误差对微机械陀螺的各项性能指标影响很大。当环境温度变化时,微机械陀螺的谐振频率和品质因数会发生改变,会对陀螺的标度因数和零偏造成一定的影响,从而影响到陀螺的输出精度和性能。因此,很有必要研究陀螺的温度特性,选择合适的算法建立温度模型,对温度误差进行补偿。本文的主要研究内容和工作如下: 1.本论文首先明确了提高航姿参考系统精度的研究目的,介绍了航姿参考系统的基本理论和工作原理,包括惯性系统中的常用坐标系的定义、载体的姿态表示与坐标转换、惯性导航系统的基本方程以及姿态方程,并对捷联姿态算法做了初步阐述。 2.分析了微机械陀螺的各种误差来源,推导了微机械陀螺的运动方程,得到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。 3.介绍了多种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、神经网络及受控马氏链等三种补偿算法的基本原理及实现方式,为接下来的温度实验和补偿仿真做好铺垫。 4.通过温度试验,建立了全温区的温度误差补偿模型,并进行了仿真补偿验证。完成了实验电路板的硬件设计,并基于Visual C++编程语言开发了微机械陀螺温度补偿测控软件,实现了陀螺输出以及航姿系统解算结果的实时波形监测。 5.最后,对各种算法的补偿结果进行了总结和比对,分析了各种方法的优劣之处与适用情况,并且对未来航姿参考系统的改进进行了展望,至此,本文达到了有效提高微机械陀螺使用精度的研究目标。


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