MEMS惯性器件参数辨识及误差补偿技术研究

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低成本MEMS惯性器件具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等优点,但是低成本MEMS惯性器件的测量精度较低,因此提高低成本MEMS惯性器件的精度是实现高精度微小型导航、制导与控制系统的关键技术。本文针对低成本MEMS惯性器件的测量精度低的难题开展了器件的误差标定与补偿技术的研究。首先,根据低成本MEMS惯性器件工作环境和传统滤波器的缺点,确定了小波分析作为测量单元的前置滤波。经过对不同基在不同分解层数下的均方误差和信噪比的比较,确定了适合的小波基与分解层数,同时对动态震荡信号进行了阈值滤波。去噪结果表明,该滤波方法能有效的降低惯性器件的噪声。其次,对低成本MEMS惯性器件的误差机理进行了分析,建立了误差的数学模型,通过对加速计的六位置静态测试和陀螺仪的动态速率测试,并结合解析法对误差系数进行了解算,最终实现对器件的补偿。再次,对确定性误差系数建立了kalman滤波方程,用Allan variance方法识别惯性器件数据中的误差项,并将其细致的表征和辨识出来应用到kalman滤波方程的误差矩阵中。对零偏和刻度因子与温度和转速进行建模,利用非线性回归辨识出模型中的参数。最后,在温度和转速测试范围内对器件进行补偿。最后,用时间序列分析的方法对惯性器件的随机漂移进行建模,用线性kalman滤波、扩展kalman滤波、自适应kalman滤波最终实现对动态震荡信号的滤波,惯性器件在全测试范围内经标定、随机误差滤波补偿后与MTi进行比较,结果表明,补偿效果整体优于MTi。
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