MEMS微惯性测量组合标定技术研究

在介绍MEMS微惯性测量组合组成结构的基础上,根据MEMS陀螺和MEMS加速度计的输出模型,提出并推导了一种MEMS微惯性测量组合标定方法。利用该方法标定微陀螺的基本思路是:设置转台以速率方式运行,并且确定合适的旋转角速率间隔,使微惯性测量组合每个轴向的陀螺仪分别敏感不同的角速率,然后通过一系列计算,求解出待标定的零点偏置电压、刻度因子、交叉耦合系数及其对应的安装误差角。标定加速度计的方法类似,不同之处是设置转台以位置方式运行。理论分析和实验结果表明,利用本文所介绍的这种标定方法能够准确地将MEMS微惯性测量组合的输出电压值转化为对应的角速度和比力信息,为后续精确的姿态解算和导航计算奠定基础。     

改进的IMU传感器安装误差正交补偿方法

针对传统的正交补偿方法难以保证惯性测量单元具有较高的正交补偿精度的问题,提出了一种改进的适用于大角度和小角度安装误差角情形的正交补偿方法,该方法分别建立三轴加速度计和三轴光纤陀螺传感器的安装误差方程,对惯性测量单元进行速率标定和多位置静态标定,并利用最小二乘法求解惯性测量单元的安装误差方程参数.仿真和实验结果表明:该方法较传统的正交补偿方法具有较高的正交补偿精度和传感器标定精度,且回避了静态标定时在较大安装误差角下利用转位机构获得零偏存在较大误差的问题,大大地提高了标定效率.     

捷联惯导系统加速度计标度因数和安装误差的试验标定

研究了捷联惯导系统惯性测量组合中加速度计标度因数和安装误差的标定问题。对捷联惯性测量组合中3路加速度计建立了输出模型,提出了在三轴转台上采用多位置试验对加速度计标度因数和安装误差进行标定的方法。实验表明,本方法能够有效地标定出惯性测量组合中加速度计的标度因数和安装误差,具有较高的精度,对提高捷联惯导系统的精度有着重要的作用。     

一种加速度计的标定补偿方法研究

针对微惯性测量组合(MIMU)中的三轴加速度计因为安装误差的缘故,会在恶劣的锥运动环境下出现误差发散问题,本文提出一种基于三轴位置速率转台的静态旋转多位置补偿标定方法.本文通过分析误差角补偿模型来设计相应的标定试验流程,然后利用非线性拟合的数据处理方法,准确计算出标度因数矩阵和加速度计电压.最后,经过标定试验和误差计算,与十二位置标定法对比发现,本文所设计的标定补偿方法能够将误差小一个数量级,能有效提高加速度计输出精度,具有重要的工程实践意义.     

激光捷联惯性组件精确标定方法研究

建立激光捷联惯性组件(SIMU)的输出模型;研究双轴位置转台下高精度激光SIMU的多位置标定方法,通过正、反向转动和四位置对消标定出激光陀螺的脉冲当量、安装偏差和常值漂移;应用多元回归分析法标定出加速度计的脉冲当量、安装偏差和零偏;分析了地球自转角速率、转台角位置基准偏差对陀螺标定的影响;阐述了提高陀螺组件标定精度的方法。对某型激光SIMU(陀螺漂移稳定性0.007°/h,加速度计零漂5×10-5g)进行标定与实时补偿,静态导航1 h最大纬度误差0.13海里(n mile),经度误差0.24海里(n mile);动态车载实验1 h定位误差0.7723海里(CEP)。     

一种微惯性测量单元标定补偿方法

在介绍微惯性测量单元组成与结构的基础上,根据MEMS惯性器件的输出特性,建立了微惯性测量单元中加速度计和陀螺仪的数学标定模型,提出并推导了一种适用于微惯性测量单元的标定方法,该方法可以得到微惯性测量单元中惯性传感器的零位、标度因数、安装误差系数及g值敏感项等33个参数;然后,具体介绍了通过加速度计重力场静态翻滚试验和陀螺仪恒角速率试验对MIMU中参数标定的方法和步骤,并对实验室自研的MIMU进行了标定;最后利用得到的标定参数对测试结果进行了误差分析与补偿;实验结果表明,该方法使MIMU的测量精度提高了1～2个数量级,能够满足姿态解算及导航计算的精度要求。     

基于单轴速率转台的角速度传感器标定方法

针对传统的标定方法标定成本高且对北向基准的要求严格等问题,提出了一种用单轴速率转台作为标定设备的光纤陀螺捷联航姿系统标定方法。对光纤陀螺组合的误差进行建模,将光纤陀螺捷联航姿系统安装于单轴速率转台上,使光纤陀螺捷联航姿系统的3个陀螺轴向分别朝下进行标定实验,由此标定出3只光纤陀螺的零偏、标度因数和安装失准角共12个误差参数。通过对标定精度进行分析,验证了该方法的可行性,其标定成本低且不需要北向基准,具有一定的工程应用价值。     

无陀螺惯性测量组合模型方案设计

无陀螺惯性测量组合(GFIMU)是利用线加速度计在空间的组合解算出载体的角速度,同时测量载体的轴向加速度,构成惯性测量组合.提出了GFIMU十二加速度计配置方案,该方案直接得出角速度数值表达式,有效避免了求解微分方程组带来的积分误差.在推导导航参数计算数学模型的基础上,设计了实物结构模型和数据采集电路,并进行了系统标定实验.提出了基于三维转台的接近gn值点和0点的多位置标定方法,可以有效地减小在加速度计标定中方位误差带来的影响.     

激光陀螺捷联惯导系统的误差参数标定方法

为降低激光陀螺捷联惯导系统误差参数标定对高精度转台的要求,在不精确对北和调平的情况下,综合分析北向基准误差、水平基准误差、转台轴正交度误差、角位置误差以及标定时间等诸多因素,考虑对称位置和整周期旋转等编排原则,改进了速率标定方案,标定出陀螺仪的标度因数和安装误差,同时提出了一种十二位置连续转动标定方法,标定出陀螺仪的零偏以及加速度计的误差参数项.实验结果表明,与传统方法相比,标定精度相当,降低了对标定转台的要求,减少了标定时间,有较高的工程应用价值.     

基于改进型卡尔曼滤波的运动载体姿态估计

针对MEMS陀螺零偏导致运动载体姿态精度下降的问题,本文以MEMS惯性测量器件MPU6050为核心,提出了一种基于改进型卡尔曼滤波的姿态估计算法,采用欧拉角作为姿态解算的基础,通过惯性测量单元(IMU)测量运动载体的姿态数据,采用改进型卡尔曼滤波,对陀螺仪和加速度计数据进行融合,并实时估计陀螺零偏。实验结果表明,本文提出的算法能够获得较高精度的姿态信息,抑制MEMS陀螺零偏引起的姿态发散,可以准确地表示运动载体在静态和动态情况下的方位。     

基于椭球拟合的微惯性测量组合现场快速标定方法

在静态随意放置条件下,微惯性测量组合中三个轴向正交配置的惯性器件所敏感矢量和为固定矢量.依据上述客观事实,提出了一种微惯性测量组合现场快速标定方法.在建立并优化微惯性测量组合标定模型基础上,通过基于椭球约束的最小二乘法拟合得到全部待标定参数,从而实现微惯性测量组合现场高精度标定,最后合理编排了微惯性测量组合现场快速标定...     

用于高速旋转载体的惯性导航系统设计

针对高速旋转载体的实际应用情况,采用了无陀螺捷联惯性导航技术方案,快速精确测量载体的姿态、速度和位置信息。无陀螺捷联惯导系统采用加速度计来解算载体相对惯性系的角速度,从而代替角速度陀螺仪,提高了系统的高过载的适应能力。首先推导了一种基于六加速度计配置方式力学编排方程,分析了加速度计精度、杆臂长度以及时间等因素对角速度误差产生影响,最后仿真分析了加速度计精度对惯导系统的定位精度的影响,为系统设计提供理论依据。     

高精度数字陀螺仪安装误差标定与补偿方法

高精度数字陀螺仪精度高、使用方便,有着广阔的应用前景;而在实际应用中发现,安装误差是严重影响陀螺仪输出精度的主要原因之一。文中在推导高精度数字陀螺仪输出模型的基础上,提出通过求解比例系数来确定坐标变换矩阵,对高精度数字陀螺仪进行安装误差标定与补偿的方法。详细说明了高精度数字陀螺仪安装误差标定步骤和比例系数求解方法;实验结果表明：该方法能够有效的补偿高精度数字陀螺仪的安装误差,标定补偿后陀螺仪全量程测量范围内的绝对误差小于0.045°/s,测量精度提高了1-2个数量级,准确的将陀螺仪输出变换到载体正交坐标系下,为高精度数字陀螺仪的工程应用奠定了基础。     

IMU标定数学建模及误差分析

惯性测量单元（IMU）标定路径设计和数据处理方法取决于IMU标定数学模型,安装误差是决定IMU标定模型的重要因素。针对工程中加速度计和陀螺相对载体安装方式的不同,提出一种通过坐标系转换矩阵建立IMU标定数学模型的方法,推导IMU标定模型误差与载体角速度和加速度之间的关系,分析IMU标定模型误差对捷联惯性导航系统导航参数的影响,并利用转台提供的位置信息设计IMU标定路径和数据处理方法。仿真和转台实验结果表明：IMU标定数学模型误差引起捷联惯性导航系统速度误差、位置误差和姿态误差;安装误差的表现形式决定了IMU标定模型误差对系统导航精度的影响。     

基于双轴转位机构的光纤陀螺标定方法研究

针对调制型捷联系统中光纤陀螺误差系数随时间变化的问题,提出一种利用双轴转位机构实现陀螺六位置静态标定方法.根据光纤陀螺仪误差模型,利用转位机构设计六位置标定路径,激励出陀螺仪标度因数、安装误差和零位,标定新方案避免了陀螺仪误差系数的耦合.分析了转位机构的转位误差对标定精度的影响,并利用调制型捷联系统导航实验对六位置标定方案进行原理性验证.结果表明,六位置标定方法所引起的系统定位精度优于传统标定方法.     

基于MEMS和CORTEX-M3的微惯性测量单元研制

从工程实际出发,给出了一种基于新型Cortex-M3内核ARM和MEMS惯性传感器的低成本、高性能微型惯性测量单元的结构框架。详细介绍了采用三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计和三轴磁阻传感器研制的微惯性测量单元硬件设计方案,分析了陀螺和加速度计的信号噪声,利用均值滤波法对信号进行预处理,对预处理后的信号采用FIR滤波器进行滤波,对陀螺和加速度计进行了标定。该测量单元已应用于某小型无人机的姿态测量,达到预期效果。     

惯性测量组件动态误差补偿

介绍了惯性测量组件常用的动态误差模型,讲解了对动态误差系数进行标定常用的恒速试验和角振动试验,在此基础上,重点讲述了优化改进的正交三轴匀角速率试验,对惯性测量组件的动态误差进行了较好的补偿。     

基于ARM处理器AGV用微小型捷联惯导系统的研究

阐述了自动导航小车(AGV)用微小型惯性导航系统的工程设计与实现问题。以ARM处理器为导航计算机,以微机电惯性测量元件(MEMS-IMU)为惯性传感器,设计并研制了一种微小型捷联惯性导航系统。给出了系统的硬件结构图和程序设计流程图,并提供了一种解决微机电陀螺漂移问题的实用方法。实验证明了本系统的性能可靠。