MEMS陀螺随机误差补偿在提高姿态参照系统精度中的应用

为提高航姿系统姿态角测量精度,论文对MEMS陀螺随机误差的测试和补偿进行了研究。运用Allan方差方法分析了MEMS陀螺各项随机误差的特性,建立了针对MEMS陀螺的随机误差补偿模型。采用Allan方差辨识算法完成对各项随机误差的分离,获取速率随机游走(RRW)和角度随机游走(ARW)噪声方差值。通过设计的卡尔曼滤波器对MEMS陀螺随机误差进行实时估计补偿,利用姿态解算算法得到随机误差补偿前和补偿后各3个方向的姿态角。实验结果表明经误差补偿后系统的静态偏航角测量精度提高了3倍、横滚角提高了4倍、俯仰角提高了12倍。     

虚拟陀螺技术在MEMS惯性导航系统中的应用

针对MEMS惯性导航系统中陀螺测量精度低的问题,采用虚拟陀螺技术提高陀螺的角速度测量精度.系统中每个测量轴放置了3个普通精度的陀螺,组成一个阵列,对同一角速度信号进行冗余检测,然后通过同类传感器信息融合技术得到输入角速率的高精度估计值.试验结果表明,虚拟陀螺的精度最大提高了2.7倍,最小1.9倍,证明了虚拟陀螺技术的有效性.     

一种基于MIMU的九陀螺冗余配置

为进一步提高微惯性传感器及测量组合的可靠性和精度,提出了一种新型的基于MIMU的9陀螺斜置冗余设计方案,该系统体现出较好的容错性能.对不超过3个微陀螺发生失效的情况进行故障检测,故障识别率达到91%.分别与无冗余配置、4轴冗余配置、9陀螺正交冗余配置进行了对比分析,结果表明,本配置精度略小于同等元件数量的正交配置,但却具有更好的容错性能,是一种既具有较高精度又具有较高可靠性的配置方式.     

小型无人飞艇航姿系统设计与实现

航姿系统作为无人飞艇自主飞行的重要传感器,其精度、稳定性关系到飞艇的飞行品质。本文围绕小型无人飞艇的航姿系统进行研究,对基于MEMS IMU的航姿系统的工作原理、解算算法、滤波算法、硬件实现、软件实现进行了研究,最后给出了AHRS的物理样机实现。该样机对小型无人飞艇的航姿系统研究具有一定的参考意义。     

梳状音叉MEMS陀螺非随机误差分析

研究了一种典型结构的梳状音叉MEMS陀螺的非随机性误差特性。综合考虑梳状音叉MEMS陀螺质心偏移、硅的非等弹性等因素,分析该陀螺中的非随机性干扰力矩;从二阶欠阻尼控制系统的角度,讨论了干扰力矩在陀螺内调制、解调环节下对输出的影响;推导出开环灵敏度随温度、比力和角速度的变化关系。在一定近似条件下,得到梳状音叉MEMS陀螺非随机性误差模型的形式。     

一种新型航姿系统

介绍了一种新型多功能惯性器件,它将双轴陀螺丐加速度计巧妙于民一体用它可构成新型垂直陀螺,再与磁通门传感器合成新型航姿系统,该系统能消除载体的变速运动对输出航姿角的影响,结构简单、紧凑,成本较低,可用于定向性移动卫星通信天线跟踪卫星的开环控制系统中。     

微型导航系统中的陀螺漂移在线标定及补偿方法

为了提高由MEMS惯性器件构成的微型导航系统的姿态、航向测量精度,提出了在线标定和补偿陀螺常值漂移的方法.首先将倾角传感器SP5003测量的水平姿态与MEMS惯性系统测量的水平姿态进行信息融合,同时估计出2个水平陀螺的常值漂移,在得到精确的水平姿态基础上,将MEMS惯性系统与电子罗盘HMR3000进行组合,在线估计方位...     

正则粒子滤波算法在MEMS陀螺滤波处理中的应用

针对MEMS陀螺随机漂移的滤除,引入正则粒子滤波算法对其进行处理。首先,采集MEMS陀螺静态漂移数据,对其预处理;然后,采用时间序列分析方法建立自回归AR模型,并将其转化为相应的状态空间模型;最后,利用正则粒子滤波算法对MEMS陀螺随机漂移进行估计和补偿,并与工程中常见的方法进行对比。试验及仿真结果表明,正则粒子滤波在抑制MEMS陀螺随机漂移时效果显著,具有较高的实际应用价值。     

四轴陀螺组件突变故障的检测与隔离

针对基于等价空间原理的传统诊断算法无法实现捷联惯导四轴陀螺组件故障分离的问题,本文提出了基于广义似然比法和斜率突变检测相结合的故障检测与隔离方法。分析对比了2种四轴陀螺冗余配置方案的量测性能与故障检测性能;以奇偶残差构建卡方检测量,采用广义似然比法对四轴陀螺组件进行故障检测;引入最小二乘方法拟合陀螺输出斜率,通过陀螺输出数据的斜率变化定位故障陀螺,并记录故障信息,实现系统重构。通过仿真验证证明:所提出的方法可以快速准确的识别故障器件,保证惯性系统陀螺组件的可靠性。     

高可靠性车载惯性传感器冗余配置方案优化技术研究

针对现有车载捷联惯导系统采用三轴正交安装陀螺配置模式,会出现单个陀螺故障直接导致系统失效的问题,本文提出一种基于正交锥冗余配置的高可靠性车载惯性传感器冗余配置方案。基于可靠性最大化、导航性能最优,以及单个陀螺故障后的导航性能更优的冗余优化准则,设计了五陀螺正交锥配置方案;在此基础上,设计广义似然比故障检测方法与基于线性预测思想的故障隔离方法相结合的故障诊断算法,解决惯导系统多陀螺故障检测和隔离的问题。性能仿真结果表明:惯性传感器冗余配置优化方案能使系统可靠性提升1.35倍,且准确实现对多故障的检测与隔离,对微型化车载捷联惯导方案设计具有重要的实际应用价值。     

转台误差对MEMS陀螺标定的影响分析

MEMS陀螺是导航系统中的关键元器件,提高其精度对提升导航系统性能具有重要意义.基于多体系统建立三轴转台误差模型,根据转台运动机理分析得到三轴转台的各类几何误差项及运动误差项,然后阐述陀螺标定原理,推导出MEMS陀螺标定全参数误差模型,测量出转台各项误差参数值.在此基础上进行速率标定实验,分别求得加入转台误差项参数和不...     

一种适用于速率陀螺的捷联航姿算法

为了能将新型固态速率陀螺应用在常规弹箭上,必须研究超高精度的捷联航姿算法,以适应此特殊的应用环境．应用速率陀螺在当前迭代周期和前次迭代周期内输出的信息提出一种修正算法,推导了该方法在典型圆锥运动下的算法误差．结果表明：在速率输入情况下,与传统算法比较,新算法具有较高的精度和适中的计算复杂度．     

光纤陀螺组合的多尺度多传感器数据融合

针对四个光纤陀螺的冗余组合,提出一种多尺度多传感器数据融合算法。该算法对4个光纤陀螺的冗余组合数据进行预处理,并对各个尺度上小波变换的系数采用自适应权值的方法进行数据融合,最后采用合适阈值和阈值函数对融合后的小波系数进行重构。仿真结果表明,该算法可以有效提高光纤陀螺组合系统的可靠性和精度,融合后的光纤陀螺组合精度可以提高一个数量级。     

基于灵敏度解析的微机械陀螺结构优化方法

以一种音叉振动式微机械陀螺为研究对象,对其复杂多自由度模型的24个设计参数进行灵敏度解析,分别计算其对系统驱动模态和检测模态固有频率的动态灵敏度,筛选并确定出5个对最终输出性能影响最为关键的尺寸参数;以这5个参数为设计变量,并以系统输出特性作为优化目标对微陀螺结构进行了优化.灵敏度解析方法的应用有效解决了微陀螺结构优化过程中所存在的计算量大、解析时间长等实际问题,对相关MEMS器件的结构优化设计研究具有一定的参考价值.     

旋转矢量法系数优化与仿真

为减少采用陀螺角速率输出模型推导旋转矢量积分算法存在的误差,传统可利用误分析的方法改进算法,但这需要对误差四元数的表达式进行分析。为此采用角速率分析的方法推导了新的四子样算法;该方法较为简单直观,且精度较高。在此基础上,以规则进动信号为输出对算法进行了仿真。在仿真中,通过求取载体进行规则进行动时的更新四元数,进而获得载体航姿角的真值来作为评价标准,减少了把算法在超高速迭代速率下的输出作为评价标准所带来的误差。     

双片集成数字硅陀螺接口ASIC的设计与测试

为实现MEMS陀螺高精度、数字化和小型化,适应惯性导航和测量等领域的应用要求,采用双片集成方式,基于0.5 um的N阱CMOS工艺,设计并实现了一款实用化的MEMS陀螺接口电路.设计了基于高频载波的闭环自激驱动电路和低噪声差分敏感检测模拟前级电路,高频信号将敏感信号调制到高频后与闪烁噪声相加,经过开关相敏解调以及低通滤波后得到低噪声模拟角速度输出,并由集成的高分辨率四阶单环一位sigma delta ADC将模拟信号转化成为数字信号,实现数字化输出的硅陀螺接口电路.测试结果表明:sigma delta调制器的动态范围达到130 d B,陀螺整机量程为±200°/s,带宽为60 Hz,刻度因子为46.45 LSB/((°)·s~(-1));线性度为342×10~(-6),输出噪声为0.004(°)·s~(-1)/Hz1/2,零偏稳定性为3.4°/h.通过电路集成实现了小型化、低成本和角速度数字化精确输出,测试结果与其他相关研究对比表明该结构可以得到很好的性能.     

冗余式捷联惯导系统多故障的检测与隔离

针对传统广义似然比故障检测无法实现捷联惯导多陀螺故障检测和隔离的问题,本文提出基于广义似然比故障检测和线性估计思想相结合的多故障检测与隔离方法。以发生多故障的六陀螺椎体垂向对称配置的冗余捷联惯导为对象,采用广义似然比方法对系统进行故障检测,并引入线性估计思想实现陀螺输出值预测,通过陀螺预测值与输出值的残差比较定位故障陀螺,并记录故障信息,实现系统重构。通过仿真和实测数据验证,证明该方法可以准确实现对多陀螺故障检测与隔离,保障捷联惯导系统可靠性。     

GPS/陀螺组合对小卫星姿态的最优估计

小型和微小型卫星可采用陀螺和GPS姿态敏感器组成最小定姿系统，分析了利用GPS姿态敏感器输出的姿态信息作为观测值的级联滤波结构，提出了一种以减少GPS姿态敏感器输出的姿态滤波值作为组合推广卡尔曼滤波器观测值的频率与在线识别噪声相结合的滤波算法，并通过仿真验证了该姿算法的有效性。     

基于MEMS航姿参考系统的角度估计算法研究

为解决行人导航系统中,由于采用的基于微机械加工技术(MEMS)的惯性传感器精度较低,计算误差会随时间积累的问题,在基于微机电系统(MEMS)的航姿参考系统(AHRS)基础上,提出了一种动态过程修正算法,通过利用静止条件判断,进行角度校准,减少角度累积计算误差.在双轴转台进行实际测试结果表明,角度计算精度得到了提高.     

无驱动微机械陀螺信号处理电路工作带宽扩展

针对无驱动结构微机械陀螺的工作带宽进行理论分析,提出一种调整频带宽度的方案。然后利用MATLAB和PSpice软件进行仿真验证,最后利用安捷伦信号发生器81150A对调整前后的电路部分进行实验验证。实验结果表明,通过调整后整个信号处理电路的带宽得到了扩展,使得陀螺在工作频率范围内的信号可以无衰减地通过。这里采用的实验方法是信号发生器的静电驱动动态扫频测试。这种方法与传统采用MEMS三轴转台测试方法相比,更加简便,准确。