基于MEMS的MIMU及其數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究.pdf

1、微機(jī)電陀螺與傳統(tǒng)的機(jī)電類陀螺和光電類陀螺相比，具有成本低、體積小、重量輕、測(cè)量范圍大等一系列優(yōu)點(diǎn)，對(duì)微機(jī)電陀螺的研究與開(kāi)發(fā)己經(jīng)成為近十幾年內(nèi)的研究熱點(diǎn)，但是由于目前的工藝水平，微機(jī)電慣性器件仍然存在測(cè)量精度低，噪聲大等缺點(diǎn)，需要采取一些必要的措施來(lái)提高精度。本文通過(guò)對(duì)微機(jī)電陀螺產(chǎn)品進(jìn)行誤差分析和建模，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了由多個(gè)微機(jī)電陀螺通過(guò)小波分解、加權(quán)構(gòu)成的單軸組合微機(jī)電陀螺，從而提出一種多尺度數(shù)據(jù)融合模型，即從應(yīng)用的角度對(duì)微機(jī)電慣

2、性器件進(jìn)行誤差分析及補(bǔ)償，以達(dá)到提高系統(tǒng)測(cè)量精度的目的。
　　 因此，本文研究了微機(jī)電陀螺的誤差分析、建模和補(bǔ)償，以及在小波域中多尺度多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 (1)以不同類型陀螺儀的不同工作機(jī)理來(lái)對(duì)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行研究，建立不同的噪聲模型。詳細(xì)論述了微機(jī)電陀螺的確定性誤差模型和隨機(jī)誤差模型，以及相應(yīng)的模型建立方法，著重分析了隨機(jī)誤差建模方法中的時(shí)間序列分析法和阿倫方差技術(shù)。針對(duì)某型

3、號(hào)微機(jī)電陀螺，分別利用時(shí)間序列分析法和阿倫方差技術(shù)對(duì)其靜態(tài)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和分析，得出適合于該類微機(jī)電陀螺的誤差模型，驗(yàn)證了這兩種方法的有效性。
　　 (2)基于當(dāng)前應(yīng)用于陀螺誤差補(bǔ)償?shù)睦碚撨M(jìn)行了分析和比較，重點(diǎn)闡述了屬于當(dāng)前研究熱點(diǎn)的粒子濾波器理論。在分析粒子濾波和卡爾曼濾波對(duì)微機(jī)電陀螺誤差估計(jì)效果的基礎(chǔ)上，提出基于阿倫方差的粒子濾波參數(shù)估計(jì)方法，可以提高粒子濾波器參數(shù)的準(zhǔn)確性，以及降低濾波器的計(jì)算量，同時(shí)提高濾波器的魯棒性，

4、進(jìn)而對(duì)微機(jī)電陀螺儀進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
　　 (3)提出小波域多尺度多傳感器數(shù)據(jù)融合方案，從數(shù)學(xué)上統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度嚴(yán)格推導(dǎo)了小波域數(shù)據(jù)融合的優(yōu)勢(shì)?！岸喑叨葦?shù)據(jù)融合模型”采用多個(gè)傳感器對(duì)同一物理量同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)各個(gè)傳感器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行小波變換，在不同小波尺度對(duì)各個(gè)傳感器的測(cè)量值進(jìn)行最優(yōu)加權(quán)融合，最后通過(guò)逆小波變換得到待測(cè)物理量的真值估計(jì)。在研究中，加入了對(duì)傳感器信號(hào)中所含噪聲的分析，通過(guò)小波熵在不同尺度上的變化情況，來(lái)對(duì)微機(jī)電陀螺儀中的不

5、同噪聲進(jìn)行識(shí)別。
　　 (4)討論了多尺度卡爾曼濾波和多尺度粒子濾波。粒子密度和粒子區(qū)間之間的矛盾，可以用多尺度粒子濾波來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。多尺度粒子濾波首先在較大區(qū)間范圍產(chǎn)生粒子，對(duì)微機(jī)電陀螺的誤差進(jìn)行估計(jì)。當(dāng)估計(jì)值趨于穩(wěn)定后在較小的區(qū)間重新產(chǎn)生粒子，對(duì)誤差進(jìn)行更精確的估計(jì)。這種由粗到精的過(guò)程體現(xiàn)了多尺度分析的思想。
　　 (5)對(duì)小波域分析的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研究，重點(diǎn)是小波基函數(shù)和分解層數(shù)的選擇兩個(gè)方面。先分析不同小波基函數(shù)