微機械陀螺的高精度“虛擬”實現(xiàn)方法研究.pdf

1、基于MEMS技術(shù)的微陀螺(microgyro)具有體積小、重量輕、價格低、壽命長和易于批量生產(chǎn)等諸多優(yōu)點，有望部分取代傳統(tǒng)陀螺。然而目前普遍精度較低的現(xiàn)實制約了其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用。由于工藝、檢測電路等條件的限制，國內(nèi)微陀螺的精度更是與國外有較大的差距。因此，提出新的方法來提高微陀螺的精度，無論對整個微陀螺技術(shù)的發(fā)展，還是對我國搶占該領(lǐng)域的制高點都具有十分重要的意義。 本文采用“虛擬陀螺方法”，即應(yīng)用信息融合技術(shù)將同類及異類傳感

2、器信息進行分析、綜合、估計得到關(guān)于微機械陀螺輸出角速度的最優(yōu)估計，以達到提高精度的目的。在信息融合技術(shù)的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計同類、異類傳感器信息融合濾波算法。通過引入同類傳感器間的相關(guān)性，實現(xiàn)同類傳感器的信息融合，分析信息融合的最佳估計與陀螺問相關(guān)性的關(guān)系，研究相關(guān)性系數(shù)對濾波算法效果的影響。引入非角速度信息，對異類傳感器的信息融合進行了探索研究。最后應(yīng)用數(shù)字信號處理器(DSP)作為中央處理器，設(shè)計獨立虛擬陀螺濾波器系統(tǒng)，獨立完成虛擬陀螺信

3、息融合算法。 論文的主要研究內(nèi)容包括： 1)分析研究了提高微機械陀螺精度的虛擬陀螺方法的基本原理。提出了動態(tài)誤差建模的概念，詳細研究了常見的微陀螺隨機誤差模型和Allan方差建模方法；并把Allan方差建模結(jié)果直接應(yīng)用到微陀螺的隨機誤差模型中。 2)提出基于多個同類傳感器信息融合的虛擬陀螺思想；根據(jù)卡爾曼濾波理論分別設(shè)計了虛擬陀螺的靜態(tài)濾波算法、動態(tài)濾波算法；在Simulink仿真平臺上實現(xiàn)了該濾波算法并結(jié)

4、合三個微陀螺的零漂數(shù)據(jù)進行了濾波實驗。實驗結(jié)果表明，三個偏置穩(wěn)定性為67deg/hr的微陀螺，濾波后偏置穩(wěn)定性分別可以降至0.255deg/hr、36deg/hr，即漂移性能分別提高了約260、2倍。 3)利用飛行器姿態(tài)信息與陀螺角速度進行異類傳感器的信息融合。設(shè)計擴展卡爾曼濾波軟件濾波器，完成了異類傳感器的信息融合，并進行仿真實驗。實驗結(jié)果說明異類傳感器的信息融合能有效地提高陀螺精度。 4)設(shè)計了虛擬陀螺的DSP濾