MEMS惯性测量单元测试标定方法研究

MEMS惯性测量单元测试标定方法研究

随着微机械系统的发展和集成电路制造工艺的快速进步,微惯性技术在导航学科中占据了越来越重要的地位。微惯性测量单元借助于自身成本低、体积小、自主性强等优势,在军民用导航领域都发挥着越来越重要的作用。因此,国内外许多科研和教育单位都更加重视微惯性系统的开发与应用。然而,目前常见的MEMS 惯性测量单元的测量精度都相对比较低,现今着重研究如何合理利用科学方法来提升MEMS惯性测量单元的精度有着极其重大的意义。

设计制造测试标定设备,建立MEMS惯性测量单元正确的数学模型,设计更加简捷快速的标定测试方法,是提高MEMS惯性测量单元精度的重要途径,本文主要针对实验室自制的MEMS惯性测量单元展开误差建模和标定技术研究。首先,根据MEMS惯性测量单元的标定测试需求从机械结构、软硬件设计等各方面详细介绍了实验室自制的标定测试设备。其次,分析了MEMS惯性测量单元的误差特性,详细介绍了各个误差参数对MEMS惯性测量单元的影响。针对随机噪声对MEMS惯性测量单元精度影响较大的实际情况,采用Allan方差法定量分析了MEMS陀螺仪的五种主要噪声。

然后,根据MEMS惯性测量单元的特点,分别建立了MEMS陀螺仪和加速度计的误差模型,对MEMS惯性测量单元的分立标定方法进行了详实介绍,并推导了数据处理公式。基于实验室自制的三轴测试标定实验设备,设计了MEMS陀螺的速率实验和加速度计的静态多位置实验,并进行了分立标定实验验证了所用方法的实用性。最后,根据捷联导航误差方程和Kalman滤波器模型建立了合适的状态方程和量测方程,选择合适的MEMS惯性测量单元系统级标定位置编排。根据设计的转停路径进行了MEMS陀螺惯性测量单元的系统级标定实验。

通过测试实验证明了所提出标定方法的有效性。