微机电系统陀螺仪随机漂移误差建模与滤波研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中 图 分 类 号 ：Ｖ２ １ ４ 文 献 标wenku.baidu.com识 码 ：Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｆｉ ｅ ｆＭ ｉ ｒ ｅ ｔ ｏ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌＳ ｓ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｍ ｄ ｌｎ ｎ ｌ ｒｏ ｃ ｏ Ｅｌ ｃ ｒ ｃ ａ ｉ ａ ｙ ｔ ｍ ｔ Ｇｙ ｏ ｃ ｐｅＲ ａ ｏ ｒ ｆ ｒ ｓ ｏ ｎｄ ｍ Ｄ ｉｔ
提 高 ＭＥ ＭＳ陀螺精度 的有效 方法 。 用 Ａｌ 方 差对 ＭＥ 采 ｌｎ ａ ＭＳ陀螺 实测数 据进行 了分析 ， 并采用 时 间序 列分析 法建立 了随
机 漂移模 型 。根据 建立 的漂移模型 ，就 如何 利 用 Ｋａｍａ 波抑制 随机漂移误 差进 行 了分 析和研 究 。 ｌ ｎ滤 关键词 ：微机 电 系统 陀螺 ；随机漂 移；Ａｌ ｎ方差； 时间序 列分析 ；Ｋ ｌ ｎ滤波 ｌ ａ ａｍａ
号进 行处 理 。
１ Ａｌ ｌ ｎ方 差 分 析 ａ
Ａｌ ｎ方差 法【是 ２ ｌ ａ 】 ０世纪 ６ ０年代 由美 国 国家 标准 局 的 Ｄ ｖｄ ｌ ａ ｉＡｌ ｎ提 出的 ， 一种基 于 时域 的分析 方法 ， ａ 是
极大 地扩 展 了惯 性技 术 的应 用 范 围，使 得基 于 微惯 性 器 件 构建 低 成本 、 高性 能 的微惯 性 导航 系 统迅 速 成为
ｆ１ｅ ｉｔ ｒ
０ 引 言
微 机 电系 统 （ ｃｏ Ｅｅｔ ｃａｉ ｌＳ ｓ ｍ， Ｍｉ ｌｃ ｏ Ｍｅｈｎｃ ｙｔ ｒ ｒ ａ ｅ ＭＥ ） 是在 微 电子技 术基 础上 结合 精密机 械 技术 ＭＳ …， 发展起 来 的一个 新 的学科 领域 。ＭＥ ＭＳ技术 具有 体积
ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｒ ｎ ｏ ｄ ｉ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｙ ｍｏ ｅ ｉｇ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｇ ｉ ｈ ｕ ｐ ｔｏ Ｅ Ｓ ｇ ｒ ｓ ｏ ｅ Ａｌａ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ａ ｄ ｍ ｒｆ ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｂ ｄ ｌ ｎ ｏ ｔ ｎ ｅ ｓ ｔｎ ｎ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｆ Ｍ Ｍ ｏ ｃ ｐ ． ｌ ｙ ｎ
Ａｂｔａｔ Ｒａ ｄ ｍ ｒｔ ｓ ｈ ｉ ｒ ｒ ｆ ｉ ｏＥｅｔ ｃ ａ ｉａ Ｓ ｓ ｍ（ Ｍ Ｓ ｇ ｒ ｓｏ ｅ Ｉ Ｓ ｌｅ ｃｅ ｔ ｔｏ ｓｒｃ： ｎ ｏ ｄｉ ｅｍａｎｅｒ ｃ ｌｃ ｏＭｅｈ ｎｃｌ ｙ ｔ ＭＥ ） ｙｏｃ ｐ ．ｔ ｌ ｆ ｉ ｈ ｄ ｆｉ ｔ ｏ ｏＭ ｒ ｒ ｅ ’ ａ ｉ ｎ ｍｅ
ｔ ｅ ｉ ｓ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ ｍｏ ｅ ， ｔＳａ ａｙ ｅ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｈ ｗ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｒ ｎ ｏ ｄ ｉ ｙ Ｋａ ｍａ ｌ ｒ ｉ ｓ ｒｅ ． ｓ ｄ ｏ ｓ ａ ｌ ｅ ｄ ｌ ｉ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｏ ｔ ｒ ｄ ｃ ａ ｄ ｍ ｒｆ ｂ ｌ ｎ ｆ ｔ ． ｍｅ ｈ ｓ ’ ｏ ｈ ｔ ｉ ｅ Ｋｅ ｏ ｄ ：Ｍ ｉ ｒ ｅ ｔ ｏ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ Ｓ ｓｅ ｇ ｒ ｓ ｏ ｅ ｙＷ ｒ ｓ ｃ ｏ Ｅｌ ｃｒ ｃ ａ ｉ ａ ｙ ｔ ｍ ｙ ｏ ｃ ｐ ；Ｒａ ｄ ｍ ｒｆ；Ａｌ ｎ ｖ ｒ ａ ｃ ；Ｔｉ ｅ ｉ ｓ ａ ａ ｙ ｉ ；Ｋａｍａ ｎ ｏ ｄｉ ｔ ｌ ａ ｉｎ ｅ ａ ｍｅ ｓ ｒｅ ｎ ｌ ｓｓ ｌ ｎ
当前惯 性 技术领 域 的一个 研 究热 点 。
Ｓ ｍ ． ２ ｕ ＮＯ ３ ０
微 机 电系统 陀螺仪 随机 漂移 误差建模 与滤 波研 究
宋 吉 磊 ， 吴训 忠 ，郭 铃
（ 军工程大 学工 程学 院，西安 ，７０ ３ ） 空 １０８
摘 要 ：随机 漂移是微 机 电 系统 （ ＭＳ）陀螺 的主要误 差 ，建 立其数 学模 型并在输 出中加 以补偿是 抑制 该项误 差 、 ＭＥ
ｖ ｒａ ｃ ｓ ｕ ｅ ｏ ｎ ｌ ｚ ｎ ｈ ｅ ｓ ｒ ｄ ｄ ｔ ｆＭ Ｅ Ｓ ｇ ｒ ｓ ｏ ｅ ｎ ｓｒ ｎ ｏ ｄ ｉ ｓｍｏ ｅ ｅ ｙ ａ ａｙ ｉ ａ ｅｈ ｄ ｏ ａ ｉ ｎ ｅ ｉ ｓ ｄ ｆ ｒ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍ ａ ｕ ｅ ａ ａ ｏ Ｍ ｙ ｏ ｃ ｐ ，ａ ｄ ｉ ａ ｄ ｍ ｒｆ ｉ ｔ ｔ ｄ ｌｄ ｂ ｎ ｌ ｔｃ ｌ ｍ ｔｏ ｆ
小 、重量 轻 、功 耗低 等优 点 。基 于 此技 术 发展起 来 的
微 惯性 器件 就是 一类 典型 的 ＭＥ ＭＳ传 感器 ，它 的出现
声统 计特 性 的贡献进 行 细 致 的表征 和辨 识 ；时 间序 列 分 析法在 陀螺漂 移 建模 领 域得 到 了广泛 的应用 ；基 于 建立 的 时序模 型 ， 采用 多次 Ｋａ ｎ滤波 可 以对漂 移信 ｌ ｍａ
２ １ 第 ４期 ０ ２年 总第 ３０ ２ 期
文 章编 号 ：１ ０ — １ ２２ １ ）４ ０ ３ —４ ０ ４ ７ ８ （０ ２ ０ — ０ ５ ０
导 弹 与 航 天 运 载 技 术
Ｍ Ｉ Ｓ ＬＥＳＡＮＤ Ｐ ＣＥ ＳＩ Ｓ Ａ ＶＥＨＩ ＬＥＳ Ｃ
Ｎ ０． Ｏ１ ４２ ２
Ｓ ｎｇ Ｊｌｉ Ｗ ｕ ｕ ｚ ｏ ｇ， ｏ Ｌｉ ｏ ｉｅ， Ｘ ｎ ｈ ｎ Ｇｕ ｎｇ （ ｎ ｉｅ ｒｎ ｌ ｇ ， ｒＦ ｒｅＥ ｇ ｎ ｅ ｉｇＵｎｖ ｒｉ ， ’ｎ ７ ０ ３ ） Ｅ ｇｎ ｅ ｉｇＣｏ ｌ ｅ Ａｉ ｏ ｃ ｎ ｉｅ ｒｎ ｉｅｓｔ Ｘｉ ， １ ０ ８ ｅ ｙ ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｆｉ ｅ ｆＭ ｉ ｒ ｅ ｔ ｏ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌＳ ｓ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｍ ｄ ｌｎ ｎ ｌ ｒｏ ｃ ｏ Ｅｌ ｃ ｒ ｃ ａ ｉ ａ ｙ ｔ ｍ ｔ Ｇｙ ｏ ｃ ｐｅＲ ａ ｏ ｒ ｆ ｒ ｓ ｏ ｎｄ ｍ Ｄ ｉｔ
提 高 ＭＥ ＭＳ陀螺精度 的有效 方法 。 用 Ａｌ 方 差对 ＭＥ 采 ｌｎ ａ ＭＳ陀螺 实测数 据进行 了分析 ， 并采用 时 间序 列分析 法建立 了随
机 漂移模 型 。根据 建立 的漂移模型 ，就 如何 利 用 Ｋａｍａ 波抑制 随机漂移误 差进 行 了分 析和研 究 。 ｌ ｎ滤 关键词 ：微机 电 系统 陀螺 ；随机漂 移；Ａｌ ｎ方差； 时间序 列分析 ；Ｋ ｌ ｎ滤波 ｌ ａ ａｍａ
号进 行处 理 。
１ Ａｌ ｌ ｎ方 差 分 析 ａ
Ａｌ ｎ方差 法【是 ２ ｌ ａ 】 ０世纪 ６ ０年代 由美 国 国家 标准 局 的 Ｄ ｖｄ ｌ ａ ｉＡｌ ｎ提 出的 ， 一种基 于 时域 的分析 方法 ， ａ 是
极大 地扩 展 了惯 性技 术 的应 用 范 围，使 得基 于 微惯 性 器 件 构建 低 成本 、 高性 能 的微惯 性 导航 系 统迅 速 成为
ｆ１ｅ ｉｔ ｒ
０ 引 言
微 机 电系 统 （ ｃｏ Ｅｅｔ ｃａｉ ｌＳ ｓ ｍ， Ｍｉ ｌｃ ｏ Ｍｅｈｎｃ ｙｔ ｒ ｒ ａ ｅ ＭＥ ） 是在 微 电子技 术基 础上 结合 精密机 械 技术 ＭＳ …， 发展起 来 的一个 新 的学科 领域 。ＭＥ ＭＳ技术 具有 体积
ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｒ ｎ ｏ ｄ ｉ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｙ ｍｏ ｅ ｉｇ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｇ ｉ ｈ ｕ ｐ ｔｏ Ｅ Ｓ ｇ ｒ ｓ ｏ ｅ Ａｌａ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ａ ｄ ｍ ｒｆ ａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｂ ｄ ｌ ｎ ｏ ｔ ｎ ｅ ｓ ｔｎ ｎ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｆ Ｍ Ｍ ｏ ｃ ｐ ． ｌ ｙ ｎ
Ａｂｔａｔ Ｒａ ｄ ｍ ｒｔ ｓ ｈ ｉ ｒ ｒ ｆ ｉ ｏＥｅｔ ｃ ａ ｉａ Ｓ ｓ ｍ（ Ｍ Ｓ ｇ ｒ ｓｏ ｅ Ｉ Ｓ ｌｅ ｃｅ ｔ ｔｏ ｓｒｃ： ｎ ｏ ｄｉ ｅｍａｎｅｒ ｃ ｌｃ ｏＭｅｈ ｎｃｌ ｙ ｔ ＭＥ ） ｙｏｃ ｐ ．ｔ ｌ ｆ ｉ ｈ ｄ ｆｉ ｔ ｏ ｏＭ ｒ ｒ ｅ ’ ａ ｉ ｎ ｍｅ
ｔ ｅ ｉ ｓ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ ｍｏ ｅ ， ｔＳａ ａｙ ｅ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｈ ｗ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｒ ｎ ｏ ｄ ｉ ｙ Ｋａ ｍａ ｌ ｒ ｉ ｓ ｒｅ ． ｓ ｄ ｏ ｓ ａ ｌ ｅ ｄ ｌ ｉ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｏ ｔ ｒ ｄ ｃ ａ ｄ ｍ ｒｆ ｂ ｌ ｎ ｆ ｔ ． ｍｅ ｈ ｓ ’ ｏ ｈ ｔ ｉ ｅ Ｋｅ ｏ ｄ ：Ｍ ｉ ｒ ｅ ｔ ｏ Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ Ｓ ｓｅ ｇ ｒ ｓ ｏ ｅ ｙＷ ｒ ｓ ｃ ｏ Ｅｌ ｃｒ ｃ ａ ｉ ａ ｙ ｔ ｍ ｙ ｏ ｃ ｐ ；Ｒａ ｄ ｍ ｒｆ；Ａｌ ｎ ｖ ｒ ａ ｃ ；Ｔｉ ｅ ｉ ｓ ａ ａ ｙ ｉ ；Ｋａｍａ ｎ ｏ ｄｉ ｔ ｌ ａ ｉｎ ｅ ａ ｍｅ ｓ ｒｅ ｎ ｌ ｓｓ ｌ ｎ
当前惯 性 技术领 域 的一个 研 究热 点 。
Ｓ ｍ ． ２ ｕ ＮＯ ３ ０
微 机 电系统 陀螺仪 随机 漂移 误差建模 与滤 波研 究
宋 吉 磊 ， 吴训 忠 ，郭 铃
（ 军工程大 学工 程学 院，西安 ，７０ ３ ） 空 １０８
摘 要 ：随机 漂移是微 机 电 系统 （ ＭＳ）陀螺 的主要误 差 ，建 立其数 学模 型并在输 出中加 以补偿是 抑制 该项误 差 、 ＭＥ
ｖ ｒａ ｃ ｓ ｕ ｅ ｏ ｎ ｌ ｚ ｎ ｈ ｅ ｓ ｒ ｄ ｄ ｔ ｆＭ Ｅ Ｓ ｇ ｒ ｓ ｏ ｅ ｎ ｓｒ ｎ ｏ ｄ ｉ ｓｍｏ ｅ ｅ ｙ ａ ａｙ ｉ ａ ｅｈ ｄ ｏ ａ ｉ ｎ ｅ ｉ ｓ ｄ ｆ ｒ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍ ａ ｕ ｅ ａ ａ ｏ Ｍ ｙ ｏ ｃ ｐ ，ａ ｄ ｉ ａ ｄ ｍ ｒｆ ｉ ｔ ｔ ｄ ｌｄ ｂ ｎ ｌ ｔｃ ｌ ｍ ｔｏ ｆ
小 、重量 轻 、功 耗低 等优 点 。基 于 此技 术 发展起 来 的
微 惯性 器件 就是 一类 典型 的 ＭＥ ＭＳ传 感器 ，它 的出现
声统 计特 性 的贡献进 行 细 致 的表征 和辨 识 ；时 间序 列 分 析法在 陀螺漂 移 建模 领 域得 到 了广泛 的应用 ；基 于 建立 的 时序模 型 ， 采用 多次 Ｋａ ｎ滤波 可 以对漂 移信 ｌ ｍａ
２ １ 第 ４期 ０ ２年 总第 ３０ ２ 期
文 章编 号 ：１ ０ — １ ２２ １ ）４ ０ ３ —４ ０ ４ ７ ８ （０ ２ ０ — ０ ５ ０
导 弹 与 航 天 运 载 技 术
Ｍ Ｉ Ｓ ＬＥＳＡＮＤ Ｐ ＣＥ ＳＩ Ｓ Ａ ＶＥＨＩ ＬＥＳ Ｃ
Ｎ ０． Ｏ１ ４２ ２
Ｓ ｎｇ Ｊｌｉ Ｗ ｕ ｕ ｚ ｏ ｇ， ｏ Ｌｉ ｏ ｉｅ， Ｘ ｎ ｈ ｎ Ｇｕ ｎｇ （ ｎ ｉｅ ｒｎ ｌ ｇ ， ｒＦ ｒｅＥ ｇ ｎ ｅ ｉｇＵｎｖ ｒｉ ， ’ｎ ７ ０ ３ ） Ｅ ｇｎ ｅ ｉｇＣｏ ｌ ｅ Ａｉ ｏ ｃ ｎ ｉｅ ｒｎ ｉｅｓｔ Ｘｉ ， １ ０ ８ ｅ ｙ ａ