硅微機械陀螺儀的隨機誤差建模與補償.pdf

1、微機械陀螺具有成本低、體積小、重量輕、功耗低、抗過載能力強等優(yōu)點，在軍事、民用領域具有廣闊的應用前景。基于目前的工藝水平，微機械陀螺還處于速率級，提高其可用精度的方法之一是對其進行誤差特性分析、建模和補償。
　　 首先，圍繞研制的硅微機械陀螺，開展了工作機理研究。
　　 其次，開展了基于Allan方差的硅微機械陀螺隨機誤差特性研究。研究了Allan方差的基本理論，并與傳統(tǒng)陀螺的標準方差評測方法進行了比較分析。研究了采樣頻

2、率對Allan方差處理結果的影響分析，提出了合理的采樣頻率。在此基礎上，進行了多個陀螺的靜態(tài)測試，并利用Allan方差分析法對陀螺的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行了分析，分離出量化噪聲、角度隨機游走、零偏不穩(wěn)定性、速率隨機游走以及速率斜坡等隨機噪聲的系數(shù)。分析結果表明目前研制的硅微機械陀螺隨機誤差主要為角度隨機游走和零偏不穩(wěn)定性。
　　 第三，開展了基于ARMA模型卡爾曼濾波的硅微機械陀螺隨機誤差抑制技術研究。利用FPE準則、AIC準則，進行了模

3、型的適用性檢驗，確定了ARMA模型階數(shù)ARMA(2，1)。在此基礎上，開展了卡爾曼濾波算法的研究，完成了卡爾曼濾波算法的軟件實現(xiàn)。
　　 第四，開展了硅微機械陀螺實時濾波系統(tǒng)設計研究。采用了LPC1768作為核心處理芯片的實時濾波系統(tǒng)。完成了包括實時濾波系統(tǒng)和測控電路的硅微機械陀螺整表組裝。在此基礎上，進行了整表的性能實驗。基于ARMA模型卡爾曼濾波算法的實時濾波系統(tǒng)實驗表明，零偏不穩(wěn)定性提高了60％。同時實驗也表明，傳統(tǒng)的卡爾

4、曼濾波是通過減小帶寬來提高濾波效果。
　　 第五，為了解決實時濾波系統(tǒng)中帶寬和性能之間的矛盾問題，開展了基于自適應濾波技術的硅微機械陀螺隨機誤差抑制技術研究。完成了自適應譜線增強濾波算法的軟件實現(xiàn)，并將該算法應用在了實時濾波系統(tǒng)中。完成的基于自適應譜線增強濾波算法的實時濾波系統(tǒng)整表進行了靜態(tài)性能測試，并利用Allan方差分析濾波前后隨機誤差系數(shù)變化情況。由分析可知，濾波系統(tǒng)對陀螺的標度因數(shù)沒有衰減，濾波對量化噪聲、角度隨機游走以