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基于无陀螺微惯性测量单元的惯性恒星罗盘

北京航空航天大学学报 2007年第11期33卷 1277-1280页

作者：秦杰房建成盛蔚北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083

为满足微纳航天器对姿态确定系统的体积、重量、功耗、精度等严格要求,提出用无陀螺微惯性测量单元(GFMIMU,Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement Unit)和星敏感器组成惯性恒星罗盘(ISC,Inertial Stellar Compass)的姿态确定方案... 详细信息

为满足微纳航天器对姿态确定系统的体积、重量、功耗、精度等严格要求,提出用无陀螺微惯性测量单元(GFMIMU,Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement Unit)和星敏感器组成惯性恒星罗盘(ISC,Inertial Stellar Compass)的姿态确定方案.根据无陀螺的测量原理建立了ISC的状态方程,将星敏感器的姿态测量信息作为观测量,修正GFMIMU长时间工作误差的积累.利用卡尔曼滤波器对ISC的定姿误差进行估计,并采用可观测性分析理论证明滤波器的滤波稳定性.最后,对ISC进行了系统仿真,仿真结果证明ISC可以满足微纳航天器的使用要求.

关键词：姿态确定惯性恒星罗盘微惯性测量单元无陀螺

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微惯性测量单元信号小波自适应滤波仿真研究

航天控制 2007年第4期25卷 51-56页

作者：陈晓光房建成北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083

针对微惯性测量单元信号进行小波多分辨率分析后在各尺度空间呈现的不同特性,提出了一种分解层数和阈值门限自适应选取的滤波去噪方法,同时采用具有紧支集特性的Daubechies正交小波基和改进的阈值函数,自适应选取分解层数并逐层进行阈... 详细信息

针对微惯性测量单元信号进行小波多分辨率分析后在各尺度空间呈现的不同特性,提出了一种分解层数和阈值门限自适应选取的滤波去噪方法,同时采用具有紧支集特性的Daubechies正交小波基和改进的阈值函数,自适应选取分解层数并逐层进行阈值自适应滤波,然后经小波逆变换重构原始信号,最后应用实际的M IMU信号进行滤波仿真。实验结果表明该方法能有效消除M IMU信号随机误差,大幅改善其零偏稳定性和信噪比,且算法简练通用性强,有很强的实用性。

关键词：微惯性测量单元自适应滤波 Daubechies小波小波分析

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一种免装配微惯性测量单元的研制与开发

中国惯性技术学报 2011年第6期19卷 664-669页

作者：张丽杰常佶内蒙古工业大学电力学院呼和浩特010051

以柔性材料和高精度六面体作为惯性传感器的安装载体和基准,设计了一种免装配、安装误差小、体积小、功耗低且便于标定的微惯性测量单元。给出了安装误差小角度前提下的传感器的测量方程和标定方法;利用微控制器的并行工作机制,提出了... 详细信息

以柔性材料和高精度六面体作为惯性传感器的安装载体和基准,设计了一种免装配、安装误差小、体积小、功耗低且便于标定的微惯性测量单元。给出了安装误差小角度前提下的传感器的测量方程和标定方法;利用微控制器的并行工作机制,提出了一种快速有效的基于均值滤波和FIR滤波的组合滤波方案。实验结果表明:MIMU可以100 Hz的频率更新测量输出,加速度测量噪声小于2.5 mg、测量误差小于0.8 mg,旋转角速度测量噪声小于0.15 o/s、测量误差小于0.2 o/s,可满足微小型惯性导航系统的功耗、体积、测量精度和响应速度的应用需求。

关键词：微惯性测量单元柔性电路板滤噪标定

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微惯性测量单元标定与温度补偿技术研究

微惯性测量单元标定与温度补偿技术研究

作者：朱加义哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在微型惯性导航系统中，微惯性测量单元（Micro Inertial Measurement Unit，简称MIMU）的测量误差是影响惯性导航系统精度的重要因素。通过误差补偿算法求取MIMU误差模型中的误差参数，利用该误差模型来对导航过程中的相关误差进行补... 详细信息

在微型惯性导航系统中，微惯性测量单元（Micro Inertial Measurement Unit，简称MIMU）的测量误差是影响惯性导航系统精度的重要因素。通过误差补偿算法求取MIMU误差模型中的误差参数，利用该误差模型来对导航过程中的相关误差进行补偿，实验证明MIMU误差模型的建立能够有效地提高微惯性导航系统的导航精度。本课题从以下两方面对测量误差进行研究：(1)微惯性测量单元的标定本课题对微惯性测量单元的误差原因进行了分析之后，建立了微惯性测量单元的标定误差模型。陀螺仪标度因数的非线性特性的严重性使得微机械陀螺仪的精度不理想，本文提出了对陀螺仪进行非线性补偿的方法。通过对陀螺仪标定因数的非线性特性进行分析，采用了两种方法即非线性插值法与基于BP神经网络的方法对陀螺仪进行非线性补偿。通过实际的摇摆试验对补偿效果进行验证，试验证明两种方法都有效，但是基于BP神经网络方法的效果要比非线性插值法理想，这充分体现了BP处理非线性特性的能力。(2)微惯性测量单元的精度相对于激光及光纤等惯性测量单元要低，而且还对温度比较敏感，所以如何抑制温度对MIMU精度的影响是一门很热门的技术。温度漂移不仅与温度值有关，而且与温度变化率有关，所以本课题引入温度变化率对陀螺仪进行温度误差补偿。本课题是以温度为30℃下已经标定好的输出数据作为参考值，通过对静态温度试验与动态温度试验的输出数据进行研究，建立了全范围的温度误差补偿模型。这种方法将零位、标度因数、安装误差统一起来，改变了传统地分别单独地对标定因数或者零位进行温度补偿的方法。本课题采用两种方法即多项式拟合法与RBF神经网络法对MIMU的温度补偿建立模型，利用RBF神经网络指数衰减的高斯非线性函数，对陀螺仪和加速度计的输入与输出映射进行逼近，并通过试验来比较RBF网络方法与传统的多项式拟合方法的优劣。最后，通过采集某型号系统的静态和动态试验数据，进一步对本课题提出的MIMU标定误差技术与MIMU温度补偿技术进行分析，证明了本课题所提出的新方法能够有效提高微惯性测量单元的测量精度，为提高导航结算定位精度奠定基础。

关键词：微惯性测量单元神经网络 MIMU的标定温度补偿

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微惯性测量单元中电源管理电路设计

微惯性测量单元中电源管理电路设计

作者：赵新生哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着现代电子信息工业的蓬勃发展,微惯性测量单元作为导航技术的关键部件,在民用、工业和军工上有着越来越重要的价值与意义。微惯性测量单元中微加速度计与微陀螺需要不同的供电电压,对这些电源电压进行统一管理可减小芯片面积、提高... 详细信息

随着现代电子信息工业的蓬勃发展,微惯性测量单元作为导航技术的关键部件,在民用、工业和军工上有着越来越重要的价值与意义。微惯性测量单元中微加速度计与微陀螺需要不同的供电电压,对这些电源电压进行统一管理可减小芯片面积、提高器件性能。本文通过电压转换和稳压原理的分析,设计了微惯性测量单元的接口电路中的方波驱动电路所需的低压升高压的电源管理电路,包含升压电路和稳压电路两个部分。在微惯性测量单元的电源管理电路中,采用单端奇数级环形振荡器减小了升压电路的面积,利用施密特触发器和反相不交叠时钟转换电路将振荡信号整形并转换为反向时钟信号为后级的电荷泵提供泵压控制信号,实现了5V泵压到26V的功能。选取电压转换电路中的低压差线性稳压器作为稳压电路部分的主体结构,输入级采用NMOS差分对提升匹配性,而电阻反馈网络与经过补偿的带隙基准合理搭配实现了20V的输出,通过功率管的大尺寸设计达到了低压差线性稳压器线性稳压在20V附近的功能,采用MOS管分压结构得到了10V、12V、15V三种电压,采用RC串联滤波电路对输出进行噪声优化,改善了微惯性测量单元中电源管理电路输出端噪声性能。电路仿真中采用5V作为输入电压,在30p F负载电容下,10V、12V和15V输出端的电压噪声密度分别为5.84n V/√Hz@10k Hz、18.15n V/√Hz@10k Hz和9.04n V/√Hz@10k Hz,输出电压稳定性为49.64μVrms（1σ）,电源抑制比60d B。电源管理电路满足设计要求且具有较为良好的电源抑制,实现了微惯性测量单元中对各种正高压的需求。

关键词：微惯性测量单元电源管理电荷泵带隙基准低压差线性稳压器

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微惯性测量单元标定技术及误差补偿研究

微惯性测量单元标定技术及误差补偿研究

作者：韦宗喜中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit)由硅微机械陀螺仪和微加速度计构成,是微惯性导航系统的核心部件,其测量精度将直接决定微惯性导航系统的导航精度。与传统的惯性器件相比,微惯性型器件具有体积小、重量轻、功耗低、可... 详细信息

微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit)由硅微机械陀螺仪和微加速度计构成,是微惯性导航系统的核心部件,其测量精度将直接决定微惯性导航系统的导航精度。与传统的惯性器件相比,微惯性型器件具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、成本低等优点,在民用和军用领域都呈现出广阔的应用前景。然而由于硅微机械陀螺和微加速度计自身结构较小,器件构成材料对温度较为敏感,因此受工作环境和温度的影响较大,在实际工作中不可避免的会产生测量误差。想要提高微惯性导航系统的精度,就必须想办法减小系统误差,大量研究表明,微惯性测量单元的误差占微惯性导航系统误差的90%以上。误差建模补偿法是提高微惯性测量单元精度的一种有效途径,而标定是误差补偿的前提,本文主要围绕微惯性测量单元误差的标定和误差补偿进行研究。首先分析了微惯性测量单元的工作原理及其主要性能参数和各种可能的误差来源,把微惯性测量单元的主要误差分为三类,静态误差、温度误差和随机误差。其次针对静态误差,对微机械陀螺和微加速度计进行误差建模,通过“六位置正反转”法标定出微机械陀螺仪和微加速度计的主要误差项。针对微惯性测量单元对温度敏感的特点,分析了微机械陀螺仪和微加速度计的温度特性,对比几种常用温度误差模型的优缺点和适用范围,采用合理的数学模型对温度误差进行建模,通过温度实验,采用多元非线性回归方法辨识出温度补偿模型参数并用于温度补偿。然后提出一种微惯性测量单元整体标定的新方法,对陀螺仪和加速度计进行整体误差建模,给出详细的标定编排和具体解算公式。最后针对微惯性器件的随机误差,运用随机信号处理方法及时间序列分析分析理论对惯性器件的随机漂移进行建模,以便运用Kalman滤波对器件随机漂移进行滤波处理。

关键词：微惯性测量单元静态误差标定温度误差补偿整体标定随机误差建模

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微惯性测量单元的标定技术研究

电光与控制 2013年第8期20卷 54-57页

作者：乌伟赵严宁永权梁有财西京学院西北工业大学中国人民解放军96115部队

精确的误差标定技术是提高惯导系统精度的重要基础,故在使用前要对惯性测量单元进行标定。根据误差来源建立了陀螺和加速度计的误差模型,提出并推导了一种采用多位置和速率相结合的标定方法。利用多位置试验标定出加速度计的零偏、标度... 详细信息

精确的误差标定技术是提高惯导系统精度的重要基础,故在使用前要对惯性测量单元进行标定。根据误差来源建立了陀螺和加速度计的误差模型,提出并推导了一种采用多位置和速率相结合的标定方法。利用多位置试验标定出加速度计的零偏、标度系数、安装误差,陀螺的零偏以及与加速度有关的误差系数,利用正负对称的速率试验法标定出陀螺的标度因数和安装误差。将算法进行仿真验证,能有效减少误差,具有一定的工程应用价值。

关键词：捷联惯导无人机微惯性测量单元参数标定速率试验

用于末敏弹稳态扫描运动测量的微惯性测量单元标定方法研究

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传感技术学报 2012年第4期25卷 501-504页

作者：马凯臣范锦彪曹咏弘中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051

对用于末敏弹稳态扫描运动测量的微惯性测量单元提出了一种标定方法。末敏弹的稳态扫描运动有其自己的特点,因此对微惯性测量单元的标定也有一定的特点。据此对常用的微惯性测量单元的误差模型进行了简化,从而对微惯性测量单元建立了适... 详细信息

对用于末敏弹稳态扫描运动测量的微惯性测量单元提出了一种标定方法。末敏弹的稳态扫描运动有其自己的特点,因此对微惯性测量单元的标定也有一定的特点。据此对常用的微惯性测量单元的误差模型进行了简化,从而对微惯性测量单元建立了适当的误差模型。之后,通过进行速率实验和位置实验,应用线性拟合以及最小二乘法,对误差模型中的参数进行标定。最后,根据实际的标定结果讨论了误差模型的合理性。

关键词：微惯性测量单元标定误差模型陀螺加速度计

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一种微惯性测量单元标定补偿方法

传感技术学报 2012年第10期25卷 1411-1415页

作者：田晓春李杰范玉宝刘俊陈伟中北大学电子测试技术国防科技重点实验室太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 山西北方惠丰机电有限公司科研设计二所山西长治046012

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... 详细信息

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。

关键词：微惯性测量单元安装误差标定误差补偿