最新-插秧机微机械陀螺随机误差分析 精品
陀螺仪误差分析、处理与选型
陀螺仪误差分析、处理与选型imu误差的效果陀螺仪的偏移对于速度的影响是⼆次的，对于位置的影响是三次的。
对于收敛的并且设计很好的滤波器，估计和去除imu的误差，能够提⾼姿态的精度和长期稳定性常见误差项：⾸先介绍⼏个常见的概念：1.重复性假设所有的条件⼀样，对于相同的输⼊，传感器输出相同的值的能⼒（对于每次启动都相同）。
陀螺仪的零偏不具有重复性。
2.稳定性对于同样的输⼊，在同⼀次启动，输出值都是相同的。
3.漂移输出随着时间的变化（零漂是输⼊为0的时候的输出）确定性误差传感器⾮正交性（安装误差）：三轴加速度计和陀螺仪的三个轴不是完全的正交的，例如对于加速度计，理想情况下其中⼀个轴测量重⼒，其他两个轴不应该有输出。
传感器不正交会出现在安装和封装的时候。
⽣产和标定能够⼀定程度的解决这个问题，在系统运⾏的时候持续的估计和矫正也是⼀种解决⽅法。
尺度误差（scale）随机噪声《Notes on Stochastic Errors of Low Cost MEMS Inertial Units》陀螺仪的噪声分析不适⽤arma模型，应该使⽤allan variance。
因为arma模型假设所有的误差都是完全客观的，然⽽在实际中：传感器的输出受到噪声的影响，⽽且是不同的独⽴随机过程的和；⽬前的arma模型能够解决噪声的影响，但是不能够解决独⽴随机过程的系数问题。
误差中最主要的是：（1）零偏、温漂；（2）⾓速率噪声，也叫作随机游⾛所有噪声可以建模为：\begin{equation}y(t) = u(t) +e(t)+b(T) + N(a,\omega, T,t)\end{equation}allan variance 建模\(b(T)\)表⽰温漂，⼀般不考虑，可以通过温度补偿来做\(N(a,\omega, T,t)\)表⽰加速度，⾓速度，温度和时间等总的因素造成的影响（\(G\) 的依赖性（加速度影响），对于mems陀螺仪来说，有可能受到重⼒的影响，可以通过建模并采⽤⼀定的⽅法去除这个影响）\(e(t)=ARW(t)+F(t)+Q(t)+S(t)\)表⽰随机噪声陀螺仪的误差分类a。
基于LabVIEW的微机械陀螺动态参数的测试
基于LabVIEW的微机械陀螺动态参数的测试赵寄晨;谢文怡;蔡建法;王卫剑;王凌云【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2013(021)003【摘要】针对当前测试微机械陀螺动态参数存在耗时长、效率低等缺点,提出了一种新的测试陀螺动态参数的方法,该方法通过LabVIEW编写的测试软件控制一数据采集卡和信号调理电路激励陀螺振动并采集其驱动方向上的振动数据,从采集的振动数据中提取出波峰和波谷进行指数拟合获取陀螺的衰减系数和固有频率,最后根据阻尼振动方程计算出陀螺的阻尼比和谐振频率,同时获取陀螺的品质因子；该方法能够实现自动记录和处理陀螺的振动数据；整个测试过程只需15 s左右,提高了测试效率；利用该方法测试了30种不同气压下陀螺的品质因子,得到的陀螺的品质因子与气压值的关系曲线和理论研究结果相符,从而为陀螺动态参数的测试提供了一种有效的手段.【总页数】4页(P580-582,585)【作者】赵寄晨;谢文怡;蔡建法;王卫剑;王凌云【作者单位】厦门大学机电工程系,福建厦门 361005;厦门大学机电工程系,福建厦门 361005;厦门大学机电工程系,福建厦门 361005;厦门大学机电工程系,福建厦门361005;厦门大学机电工程系,福建厦门 361005【正文语种】中文【中图分类】TP274【相关文献】1.基于Labview的轮齿动态参数测试系统 [J], 刘丽萍;许斌;薛立2.基于PXI系统和LabVIEW的高压射流均质机动态参数测试系统 [J], 吴雪;张绍英;汤晓华;冯涛3.基于LabVIEW的微机械陀螺自动测试系统开发 [J], 何春华;崔健;闫俊杰;林龙涛;王福娟;郭中洋;杨振川;蔡志岗;闫桂珍4.基于LabVIEW的牵引逆变器测试参数动态配置方法 [J], 陈明奎;谭利红5.基于LabVIEW的FEAD系统动态参数测试系统研发 [J], 孟庆庭;邹旭东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
微机械陀螺仪的温度误差分析和模型研究
微机械陀螺仪的温度误差分析和模型研究摘要：微机械陀螺仪是一种用于测量物体运动角速度的新型惯性器件。
这种新型陀螺仪具有体积小、重量轻、可靠性高、抗冲击、易于数字化和智能化、能大批量生产等优点，是未來惯性技术向民用领域大量推广应用最有前途的仪表。
但环境温度是对其性能有重大影响。
本文主要对微机械陀螺仪的温度误差原因进行分析，并对现有温度误差分析补偿模型进行了介绍。
关键词：微机械陀螺仪；温度误差；灰色模型；最小二乘法；小波网络法The research on error analysis and model of microelectron-mechanicalgyroscope(College of Aerospace Engmeeriiig, Naiijiiig Umversity of Aeronautics & Astronautics, Naiijing, 210016, China) Abstract: Micro mechanical gyroscope is a new meitial component, wluch is used for measurmg the velocity object movement・ This new type of gyroscope lias chaiacteiistics such as small size, light weight, high reliability，impact resistant, easy to digital and intelligent, and mass pioduction, so it is the fiituie teclmologv to civil field large meitia populanzation and application of the most piomismg mstmment・ But enviioiunental tempeiature lias a major unpact on its peifoimance・ This paper mainly to analyz the micro mechamcal uuier temperatuie enor reason, and the enor analysis of existing temperatuie compensation models are mtioduced in this paper.Key words: nucioelection-mechanical gyroscope；temperature enoi；gray model：wavelet network陀螺仪乂称角速度计，可以用來检测旋转角速度和角度。
陀螺仪论文-陀螺经纬仪定向的误差分析及导线平差
陀螺经纬仪定向的误差分析及导线平差摘 要：井下经纬仪导线通常是由井底车场开始的向井田边界推进的，根据误差累计原理，导线点位的误差离井底车场越远误差越大。
利用陀螺经纬仪定向时，对其进行误差分析及平差，能有效地控制误差，并提供最优定向法！关键词：陀螺经纬仪；定向误差；导线平差1 陀螺经纬仪定向的精度平定陀螺经纬仪的定向精度主要以陀螺方位角一次测定中误差m T 和一次定向中误差m α表示。
1.1 陀螺方位角一次测定中误差在待定边进行陀螺定向前，陀螺仪需在地面已知坐标方位角边上 测定仪器常数△。
按《煤矿测量规程》规定，前后共需测4~6次，这样就可按白赛尔公式求算陀螺方位角一次测定中误差，即仪器常数一次测定中误差（简称一次测定中误差）为：[]1vv n ±∆- 式中 v i —仪器常数的平均值与各次仪器常数的差值；n △—测定仪器常数的次数。
则测定仪器常数平均值的中误差为：m △平= m T 平=mT n ±∆1.2 一次定向中误差一次定向中误差可按下式计算：式中 —仪器常数平均中误差； —待定边陀螺方位角平均值中误差；m α= 222·m m T m λ∆±平+平+—确定子午线收敛角的中误差。
因确定子午线收敛角的误差m γ较小，可以忽略不计，故上式可写为：m α= 22·m T m ∆±平+平 2 陀螺经纬仪一次测定方位角的中误差分析如前所述，陀螺经纬仪的测量精度，以陀螺方位角一次测定中误差表示。
不同的定向方法，其误差来源也有差异。
目前国内最常用的是跟踪逆转点法和中天法，其中所用的一些数据是根据具体的仪器试验分析所得，有一定得局限性，但对掌握误差分析方法而言，却是无关紧要的。
2.1 跟踪逆转点法定向时的误差分析以JT 15型陀螺经纬仪为例进行探讨。
按跟踪逆转点法进行陀螺定向时，主要误差来源有：①经纬仪测定方向的误差；②上架式陀螺仪与经纬仪的连接误差；③悬挂带零位变动误差；④灵敏部摆动平衡位置的变动误差；⑤外界条件，如风流、气温及震动等因素的影响。
微机械陀螺仪的温度误差分析和模型研究
将非线性关系y=f（ ）直接代入偏差平方和表达式中，采用极小值的求法得出 的数值，较为繁琐。计算步骤如下[16,17]：
①设所求参数真值为 （j=1,2， ），另取初值 ，其差值 故
②将函数y=f（ ）在 ，处展开乘泰勒级数。由于初值 ，与真值 应当很接近，故可以略去函数的泰勒展开式高次项，取得一阶近似展开式：
图1.2环境下会使构成硅陀螺仪的材料产生不同形变,进而引起的附加力矩导致输出偏差[5]。从图1.2中也可以看出温度敏感漂移是环境敏感漂移的重要因素之一。一般陀螺仪的精度用漂移率大小来衡量，漂移率愈小，说明陀螺仪的精度愈高[6][7]。
表2.1温度漂移数据
温度/℃
漂移/mV
温度/℃
漂移/mV
-45
6
5
12
-35
7
10
12.6
-25
8.5
15
13.3
-15
10
25
14.5
-10
10.3
35
15.6
-5
10.7
45
16.9
0
11.2
60
18.4
是由原始漂移数据得到的数据序列， 是累加得到的数据序列。
X= (2.7)
(2.8)
= (2.9)
图2.1硅微陀螺仪零偏随温度变化的规律
将分段拟和多项式存储于微处理器的存储器,补偿过程中由实时测量的温度值T通过此多项式可以计算得到不同温度下陀螺的零偏值Bias,在陀螺输出值中减去Bias即可得到补偿后的陀螺输出信号。
2.3小波网络法的温度漂移模型
将离散小波基函数，作为小波网络隐层节点的激发函数，由于不考虑正交性，小波函数的选取有很大的自由度。根据被辨识对象的时频特性确定尺度因子j、平移因子k的取值范围后，网络的可调参数只有隐层到输出层的权值，且权值与网络输出呈线性关系，可通过最小二乘法修正权值，使网络输出一致逼近被辨识对象[15]。
陀螺仪简介及MEMS陀螺仪的误差分析
陀螺仪简介及MEMS陀螺仪的误差分析什么是陀螺仪早在17世纪，在牛顿生活的年代，对于高速旋转刚体的力学问题已经有了比较深入的研究，奠定了机械框架式陀螺仪的理论基础。
1852年，法国物理学家傅科为了验证地球的自转，制造了最早的傅科陀螺仪，并正式提出了“陀螺”这个术语。
但是，由于当时制造工艺水平低，陀螺仪的误差很大，无法观察、验证地球的自转。
到了19世纪末20世纪初，电动机和滚珠轴承的发明，为制造高性能的陀螺仪提供了有力的物质条件。
同时，航海事业的发展推动陀螺仪进入了实用阶段。
在航海事业蓬勃发展的20世纪初期，德国探险家安休茨想乘潜艇到北极去探险，他于1904年制造出世界上第一个航海陀螺罗经，开辟了陀螺仪表在运动物体上指示方位的道路。
与此同时，德国科学家舒勒创造了“舒勒调谐理论”，这成为陀螺罗经和导航仪器的理论基础。
中国是世界文明发达最早的国家之一，在陀螺技术方面，我国也有很多发明创造。
比如在传统杂技艺术中表演的快速旋转的转碟节目，就是利用了高速旋转的刚体具有稳定性的特性。
在将高速旋转的刚体支承起来的万向架的应用方面，西汉末年，就有人创造了与现在万向支架原理完全相同的“卧褥香炉”。
这种香炉能“环转四周而炉体常平，可置被褥中”。
实际上是把这种香炉放在一个镂空的球内，用两个圆环架起来，利用互相垂直的转轴和香炉本身的质量，在球体做任意滚动时，香炉始终保持平稳，而不会倾洒。
随着航空事业的发展，到了20世纪30年代，航空气动陀螺地平仪、方向仪和转弯仪等已经被制造出来了。
在第二次世界大战末期，陀螺仪作为敏感元件被用于导弹的制导系统中。
特别是20世纪60年代以来，随着科学技术的发展，为了满足现代航空、航海特别是宇宙航行的新要求，相继出现了各种新型陀螺仪。
目前，陀螺仪正朝着超高精度、长寿命、小体积和低成本等方向发展。
那么，究竟什么是陀螺仪呢？传统的陀螺仪定义是：对称平衡的高速旋转刚体（指外力作用下没有形变的物体），用专门的悬挂装置支承起来，使旋转的刚体能绕着与自转轴不相重合（或不相平行）的另一条（或两条）轴转动的专门装置。
陀螺经纬仪定向精度的分析
陀螺经纬仪定向精度的分析张 明,陈亚楠(平顶山煤业(集团)公司,河南平顶山 467000)摘要:文中介绍了陀螺经纬仪的定向误差来源,及一次定向总中误差的预计。
关键词:陀螺定向误差;仪器常数;摆动逆转点;悬带零位;测线方向值中图分类号:P213 文献标识码:B 文章编号:1001-358X(2006)02-0043-02 摆式陀螺经纬仪的定向精度,通常是用一次定向中误差来衡量。
一般来说,陀螺经纬仪的一次定向中误差都在出厂时的精度指标之内,如瑞士wild厂的G AK-1在20″-30″之内。
但是,每一台仪器的实际质量情况有很大差别的。
因为仪器制造时的工艺水平,出厂后震动和外界条件的影响,都会影响定向的精度。
下面就分析一下陀螺经纬仪的定向误差来源和计算一次定向中误差的方法。
1 陀螺定向误差来源误差来源与陀螺经纬仪定向产生的误差和观测方法有关。
若采用跟踪逆转点法,一条测线一次测定的程序为:a1在己知方位角的基线上测定仪器常数;b1在定向边上二测回测定测线方向值;c1以5个摆动逆转点测定子午线方向值(陀螺北方向读数);测前和测后对悬带零位的测定。
由观测过程可知,对测前测后两测回的测线方向取平均值得:L0=1/2(L前+L后)(1)由5个逆转点读数,求算子午线方向值N0=1/12(u1+3u2+4u3+3u4+u5)(2)而测线的地理方位角为:A=L-L±Δ(3)式中L为测线的陀螺方向值。
分析(3)式可知,影响定向精度的误差可分三大类:测定测线方向值的误差mL0;测定陀螺北方向的误差mL;仪器常数误差mΔ。
引起上述三类误差的因素有许多,若将整个作业过程中各种误差因素考虑进去,则可以归纳出陀螺经纬仪的定向误差来源有:用经纬仪测定测线方向值引起的定向误差mL0;由5个逆转点确定陀螺北方向值引起的定向误差m N;上架式陀螺仪与经纬仪联接引起的定向误差m b;悬挂带零位变动引起的定向误差m0;陀螺摆动平衡位置不稳定性引起的定向误差mc;仪器常数不准引起的定向误差mΔ;仪器对中与整平引起的定向误差me;风力、震动等其它外界因素引起的定向误差。
第二章陀螺罗经误差分析
五、速度误差的消除
3.内补偿法：施加补偿力矩。 V3
r
V1`
V2
•可施加垂直轴补 偿力矩，产生V1` （E） 以抵消V3。
第二节
冲 击 误 差(Ballistic error)
一、冲击误差的定义：
船舶在机动航行过程中，由于惯性对 陀螺罗经的影响而引起的误差。
V1 u2 r r （W）
三、纬度误差的大小与方向 由：V1=u3 , V2=u2
V2 u3
有：H1 αr=MDθr
H 2=-M θr
（E） （方位误差）
α
求得： αr =-MD/M tg
二、纬度误差的性质：
αr Φ =-MD/M tgΦ
1.采用垂直轴阻尼法的罗经所具有的误差。
2.北纬偏东误差，南纬偏西误差。 3.误差大小随纬度的增大而增大。
第二章 陀螺罗经误差及其消除
第二节 速 度 误 差(speed error)
•V3打破了原有的平衡， 迫使主轴必须偏向子午 面的西侧，利用西降的 视运动（V1）与V3抵消。
以北纬下重式罗经为例： V3 u2 r V2 u2 r V1
V3
V2
（ W）
（E）
arv
•因此而产生了一个方位 偏差—速度误差（arv）。
u2
（ W）
r
u3
V2 u2 r
V2
u3 （E）
αr Φ
V1 u2 V2` （W）
r
u3
V2 （E）
r
V2
B.施加水平轴 补偿力矩；
第二章 陀螺罗经误差及其消除
第二节 速 度 误 差(speed error)
煤矿井下微机电系统陀螺随机误差辨识
工矿自动化Industryand MineAutomationVol.45 No.10Oct.2019第45卷第10期2019年10月文章编号:1671 — 251X(2019) 10 — 0095 — 04DOI ：10. 13272/j. issn. 1671-251x. 2018090084煤矿井下微机电系统陀螺随机误差辨识丛琳，王小龙，燕斌(中煤科工集团西安研究院有限公司％陕西 西安710077)扫码移动阅读摘要：针对常用随机误差辨识方法不能揭示潜在的误差源、很难分离出具体随机误差、数据采集时间过 长等问题，利用Allan 方差分析法对煤矿井下微机电系统(MEMS )陀螺随机误差进行辨识。
介绍了 Allan 方差分析法原理，利用Allan 方差分析法对MEMS 陀螺实测数据进行处理，给出了 Allan 标准差曲线，通过最小二乘拟合得到MEMS 陀螺的主要随机误差系数。
实验结果验证了 Allan 方差分析法用于MEMS 陀螺随机误差辨识的有效性#关键词：钻孔测斜；微机电系统陀螺；随机误差；误差辨识；Allan 方差中图分类号:TD67文献标志码：ARandomerroridentificationfor MEMSgyroincoalmineundergroundCONG Lin, WANG Xiaolong, YAN Bin(CCTEG Xian Research Institute, Xian 710077, China)Abstract :AimingatproblemsofunrevealingpotentialerrorsourceQhardlyseparatingspecificrandomerrorandlongdataco l ectiontimeofcommonrandomerroridentificationmethodsQA l anvarianceanalysismethod was used to identify random error of MEMS gyro in coal mine underground. Principle of A l an varianceanalysis method wasintroduced.A l anvarianceanalysis method wasusedtoprocess measured dataofMEMSgyroQA l anstandarddeviationcurves weregivenQand main random error coe f icients ofMEMSgyro wereobtained by least square fi t ing. The experiment results verify validity ofthe A l an varianceanalysismethodforrandomerroridentificationofMEMSgyro.Key words ： borehole clinometer ; MEMS gyro; random error ; error identification ； Allan variance4引言钻孔测斜在煤矿井下瓦斯抽采、水害防治及地 质勘探等钻孔施工中必不可少。
激光陀螺仪误差分析与补偿技术课件
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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《激光陀螺随机漂移的数字滤波方法研究》 激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声，它是影响激光陀螺精度 的重要因素，采用数字滤波的方法可以减小随机漂移对激光陀螺 精度的影响。常见‘AR（2）模型’、‘卡尔曼滤波’、‘小波分析’和‘小 波包分析’这四种数字滤波方法，可以利用功率谱和Allan方差的分 析方法对这几种滤波效果进行比较。结果表明，对于激光陀螺的 随机漂移的滤除，基于AR模型的卡尔曼滤波法的效果最好，基本 上消除了陀螺的随机误差，而小波分析法和小波包分析法只能在
激光陀螺的主要误差 一些论文中激光陀螺的补偿方法
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺仪的工作机理与刚体转子 陀螺仪有着根本区别，因此二者的 误差源亦完全不同。激光陀螺仪不 存在与线运动及角运动有关的误差，
这是一个突出的优点。
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺的主要误差源
闭锁效应： 原因：
由于激光介质的色散、模式牵引和反射镜等光学元件对光束的后向散射等 原因，有源环形腔内正、反向行波的频率接近到一定程度时，将突然变成完全一 样，即存在一个可能达到的最小频差X，一旦频差小于X，就将变为0.因此当输入 转速小到一定程度时，有源环形腔内正、反向行波模对的频率将趋于完全相同。 上述现象即为激光陀螺进入锁区，此区域内输入转速不被敏感。缩小锁区、消除
航系中有规律的变化。
激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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激光陀螺仪误差分析与补偿技术
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3.神经网络拟合方法
多项式拟合和多元逐步线性回归的补偿方法都必 须建立在某个准确的数学模型之上，但实际上， 这种准确的数学模型是很难建立的，上面所用到 的简化模型仅仅是实际问题的一个最优近似。神 经网络不依赖任何确定的数学模型，且理论上已 证明，至少含有一个S型隐层再加上一个线性输 出层的BP神经网络，能够通过自学习逐步逼近任 意有理函数，所以，建立温度零偏误差的BP神经 网络模型是进一步提高补偿精度的重要手段。
微机械陀螺测量精度自适应优化控制方法
微机械陀螺测量精度自适应优化控制方法【摘要】微机械陀螺在测量过程中，其测量精度会随工作环境温度变化而降低，经分析导致测量误差增大的主要原因是工作环境温度偏离标定常温后，MEMS器件的实际频电转换系数会发生变化。
本文提出一种基于工作环境温度插补的自适应优化控制方法，通过实时调整不同环境温度下的频电转换系数，提高MEMS测量精度，实验结果证明该方法可以有效保证MEMS测量精度不受环境温度变化影响。
【关键词】微机械陀螺；频电转换；自适应1、引言半导体产业引发的技术进步使传感器小型化成为可能，新兴的微传感器领域在过去的十年获得了突飞猛进的发展。
当前微传感器一词常用于描述将非电量转换为电信号的微型元件。
这些传感器是利用普遍使用的体微机械加工和面微机械加工技术制作而成。
微传感器具有尺寸小，安装结构布局简单，测量精度高，应用范围广等诸多优势。
本文中所研究的微型传感器为微机械陀螺，简称MEMS。
某探测系统工作在一定频率范围内的自旋状态下，并利用自旋获得较大的静稳定裕度，便于利用简单稳定控制设计获得较好的稳定效果。
MEMS的作用是通过测量探测系统的旋转角速率，将角速率转换成电压信号，进一步得到探测系统的旋转频率。
在获得探测目标位置后，探测系统需要利用MEMS测得的自旋频率将目标位置从旋转探测坐标系转换到惯性坐标系下。
影响MEMS测量旋转频率精度的主要参数是频电转换系数和零位输出电压，MEMS输出电压按频电转换系数成比例解算后即为探测系统所需要的自旋频率。
探测系统工作环境温度范围为：-40℃～+70℃，MEMS零位输出电压随温度变化不明显，频电转换系数在不同温度下通过测试标定结果显示偏移较大。
如果将常温标定的频电转换系数应用在整个工作环境温度条件下，当工作环境温度与常温相差较大时，MEMS测量的旋转频率与探测系统的真实自旋频率的误差增大，在常温条件下标定的MEMS频电转换系数不能适应整个环境工作温度范围。
本文通过分析在不同温度条件下MEMS频电转换系数的变化情况，提出一种在线的自适应调整数字算法，可以根据探测系统的工作环境温度自适应的调整MEMS的频电转换系数，进而提高MEMS的测量精度满足工程使用要求。
虚拟陀螺随机误差分析研究
收稿日期：2017-02-13修回日期：2017-04-08基金项目：国家自然科学基金资助项目（61179005）作者简介：郑浩（1992-），男，陕西咸阳人，硕士研究生。
研究方向：动中通移动通信，虚拟陀螺技术。
*摘要：虚拟陀螺是提高MEMS 陀螺测量精度的一个重要技术。
为了建立MEMS 陀螺的随机误差模型，更好地进行数据融合，设计了虚拟陀螺阵列硬件结构，采用Allan 方差分析算法对所设计陀螺阵列中单个陀螺进行随机误差分析与建模，并与陀螺阵列滤波融合后的结果比较。
实验结果表明，Allan 方差分析算法可以很好地估计陀螺随机误差，对虚拟陀螺阵列的数据融合提供了比较精确的误差模型。
关键词：虚拟陀螺，Allan 方差，随机误差，数据融合中图分类号：TN828.5文献标识码：ADOI ：10.3969/j.issn.1002-0640.2018.03.012虚拟陀螺随机误差分析研究*郑浩，沈晓卫，杨晋波，陈富（火箭军工程大学，西安710025）Research and Analysis of Virtual Gyro Random ErrorZHENG Hao ，SHEN Xiao-wei ，YANG Jin-bo ，CHEN Fu（Rocket Force University of Engineering ，Xi ’an 710025，China ）Abstract ：Virtual gyro is an important technique to improve the accuracy of MEMS gyroscope.Inorder to establish the random error model of MEMS gyro ，better to data fusion ，virtual gyro array hardware structure is designed ，analysis and modeling random error of the designed gyro array of a single gyro using Allan variance ，and compared with the gyro array fusion results.The experimental results show that the Allan variance analysis algorithm can estimate the gyro random error well and provide a precise error model for the data fusion of the virtual gyro array.Key words ：virtual gyroscope ，Allan variance ，random error ，data fusion 0引言随着微纳米技术的不断发展，MEMS 陀螺技术得到了很大程度的发展和进步，在手机、无人机、机器人等许多领域得到了广泛的应用［1］。
微机械陀螺仪的误差分析与补偿技术
随机漂移误差补偿
MEMS陀螺仪的误差分析
以100 Hz的采样频率进行
采样，采样时间为3 h
量化噪声系数很小
角度随机游走系数较低
零值偏移不稳定系数较
大
零值偏移误差补偿
一般地对零值偏移误差的补偿都比较简单，通常采
用陀螺仪工作稳定后一段静止数据的均值来补偿陀螺仪
在整个运行过程中的零值偏移误差。但是随着陀螺仪的
Allan方差分析法的基本原理
构造Allan方差曲线：
(1)采样间隔 ，采样总时间为。则总数据点
数为N= /，将N分位K个子集，每个子集的
平均时间为
=
Allan方差分析法的基本原理
(2)每个子集的均值可以表示为
1
Ω = Ω
=1
其中Ω 表示第k个子集的均值，Ω 表示第k
为非平稳信号。则应跳
过此次更新。
机漂移误差补偿
陀螺仪输出信号:
true + 0 +
最终测量信号：
true
使补偿因子：
= −
机漂移误差补偿
为了加快收敛速度，较好的识别微小的角度输入，
减小了理论上存在的误差，提高算法的准确性，改进阈
值函数
|−1 |
|−1 |
1−
,
≤1
提高MEMS陀螺仪精度主要方法
1.提高加工工艺的精度
周期较长且易于增加成本
2.对陀螺仪的误差做精准的补偿
目前比较可行
MEMS陀螺仪的误差主要包括零位误差和动态
误差。一般重点对零位误差做处理。
零位误差=零值偏移误差+随机漂移误差
= 0 +
陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响报告
陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响报告随着科技的不断进步，旋转惯导系统被越来越广泛地应用于各种领域，在航空航天、导航、地质勘探等领域中得到了广泛的应用。
旋转惯导系统的核心是陀螺仪，它具有高精度、高灵敏度和长时间的稳定性等特点，可精确测量物体的角速度和角度，在导航和定位中扮演着至关重要的角色。
然而，在实际应用中，陀螺仪的精度并非完全可靠。
由于诸多因素的干扰，例如摩擦力、温度变化等，会导致陀螺仪在测量时产生一定程度的误差，尤其是陀螺仪的角度随机游走误差，这对旋转惯导系统的测量精度和稳定性有着很大的影响。
陀螺角度随机游走误差是由于陀螺仪自身的结构和制造工艺等因素所导致的。
它表示为陀螺仪在某一时刻所测量的角速度与其在前一时刻的角速度之差，与时长成正比。
当研究陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响时，需要考虑其对系统的精度和稳定性造成的影响。
一方面，陀螺角度随机游走误差会导致旋转惯导系统的测量精度下降。
由于陀螺仪的工作原理是通过测量物体的角速度来确定物体的角度变化，因此陀螺角度随机游走误差会影响系统准确地对物体进行角度测量。
当误差较大时，会出现较大的偏差。
如果误差无法得到较好地校正，最终会影响到整个旋转惯导系统的使用效果。
另一方面，陀螺角度随机游走误差还会导致旋转惯导系统的稳定性降低。
由于陀螺角度随机游走误差是随着时间不断累积的，因此它会对系统的稳定性产生重大影响。
当误差达到一定程度时，陀螺仪的输出将失去准确性，导致系统不再可靠，可能会产生反效果或无法正常工作。
综上所述，陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响是不可忽视的。
在实际应用中，需要对陀螺仪进行适当的校准和调试，以尽可能减小其产生的误差。
同时还需要建立完善的误差模型和校正方法，以保证旋转惯导系统的精度和稳定性达到最佳水平。
陀螺角度随机游走误差对旋转惯导系统的影响非常重要，因此需要进行相关数据的分析。
以下是一些相关的数据：- 陀螺角度随机游走误差：通常用标准差来衡量，单位为度/小时的平方根。
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插秧机微机械陀螺随机误差分析
吴永亮等利用小波变换把随机误差分为白噪声和有色噪声，并建立了随机误差的模型[5]。
袁赣南等提出了一种陀螺随机误差的在线补偿技术，实验结果表明精度有了较大提高[7]。
等提出了一种剩余偏差温度补偿方法，实验结果表明该方法能够增强系统的鲁棒性[8]。
等利用非线性系统识别的方法对陀螺的随机漂移误差建模，实验结果表明该方法很有效[9]。
提出了一种并行串级模块对误差进行建模，并进行了实车路面实验验证[10]。
王新龙等提出了一种能够适应陀螺漂移时变特点的自适应滤波算法，试验表明该方法是一种有效的去除光纤陀螺随机漂移噪声方法[11]。
研究表明，陀螺的随机误差源是多样的、变化的，很难用某一个确定的模型来描述。
而随机误差模型具有较好的灵活度，能够描述大多数的随机过程。
本文首先分析了微机械陀螺的工作原理和误差来源，从机理上解释了微机械陀螺误差产生的原因。
在理论分析的基础上，基于时间序列的分析建立了微机械陀螺角速度随机误差的模型。
然后基于所建立的误差模型，采用卡尔曼滤波方法对随机误差进行了滤波处理。
实验结果验证了所建模型的有效性。
1微机械陀螺工作原理及误差分析11微机械陀螺工作原理本文中采用的微机械陀螺是振动陀螺，如图1所示。
其工作原理是高频振动质量块在沿相反方向连续运动，如果沿垂直与的方向施加角加速度时，在哥氏效应的作用下，将会在另一轴方向产生与角加速度成比例的哥氏力。
该哥氏力使高频振动质量块产生振动，通过外围转换电路将高频振动质量块的振幅转换为可测得的电信号，从而获得输入角加速度的信息。
12微机械陀螺误差分析引起微机械陀螺产生误差的因素很多，而且各种原
因之间相互关联。
总体来看，陀螺的误差分为两类，一类是确定性误差，一类是随机误差。
确定性误差是由器件的制造缺陷、安装误差、环境干扰和刻度因数等因素共同决定的。
陀螺的确定性误差主要包括常值零偏、刻度因素误差和轴失准角等，这类误差一般具有一定的变化规律，能够利用确定的函数关系来描述，可以通过转台、温度测试试验进行参数标定。
随机误差由某种随机干扰随机产生，无法利用确定的函数关系来描述。
陀螺的随机误差主要由随机常数、随机游走、随机斜坡等组成。
13平稳性检验本文将陀螺的随机误差看作一个随机过程，采用基于时间序列分析的方法建立陀螺的随机误差模型。
时间序列建模要求序列为平稳、正态、零均值时间序列，因此建模之前需要检验陀螺随机误差数据序列的平稳性。
这里定义游程是保持序列原有顺序的情况下，具有相同符号的序列。
游程过多或过少都被认为是存在非平稳趋势。
设时间序列数据足够长，把数据分成个等长度的子序列，子序列长度为。
1、2分别为各子序列正负值的个数，γ为子序列游程数。
2基于时间序列分析的随机误差建模时间序列的分析建模包括原始数据的采集、数据的统计分析、模型结构的选择、模型参数的估计等问题。
由第1节分析知符合求模型建模要求，本节主要是确定模型的结构和模型参数的估计。
21模型结构的确定本文采用时间序列模型，离散时间阶模型的递推方程如式3所示，其中是模型参数，ω是零均值标准差为σ的白噪声。
考虑到实际应用和陀螺随机漂移误差的特点，陀螺随机误差的模型阶次都比较低，因此本文利用采集的2陀螺静止数据建立了陀螺的1到10这10种模型。
将采集的数据分成8组，每组数据分别根据定阶准则，分析1到10的值。
8组数据获得的值的平均值如图2所示，分析结果显示当阶数=3时值最小，故选用3模型作为陀螺随机误差的模型结构。
22模型参数估计确定模型的结构以后，建模的重点就是如何估计模型的参。