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

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

2、性器件進行誤差分析及補償，以達到提高系統(tǒng)測量精度的目的。
　　 因此，本文研究了微機電陀螺的誤差分析、建模和補償，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。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 (1)以不同類型陀螺儀的不同工作機理來對產(chǎn)生的噪聲進行研究，建立不同的噪聲模型。詳細論述了微機電陀螺的確定性誤差模型和隨機誤差模型，以及相應(yīng)的模型建立方法，著重分析了隨機誤差建模方法中的時間序列分析法和阿倫方差技術(shù)。針對某型

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

4、進而對微機電陀螺儀進行誤差補償。
　　 (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)計學(xué)的角度嚴格推導(dǎo)了小波域數(shù)據(jù)融合的優(yōu)勢。“多尺度數(shù)據(jù)融合模型”采用多個傳感器對同一物理量同時進行測量，對各個傳感器的測量結(jié)果進行小波變換，在不同小波尺度對各個傳感器的測量值進行最優(yōu)加權(quán)融合，最后通過逆小波變換得到待測物理量的真值估計。在研究中，加入了對傳感器信號中所含噪聲的分析，通過小波熵在不同尺度上的變化情況，來對微機電陀螺儀中的不

5、同噪聲進行識別。
　　 (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解決這個問題。多尺度粒子濾波首先在較大區(qū)間范圍產(chǎn)生粒子，對微機電陀螺的誤差進行估計。當(dāng)估計值趨于穩(wěn)定后在較小的區(qū)間重新產(chǎn)生粒子，對誤差進行更精確的估計。這種由粗到精的過程體現(xiàn)了多尺度分析的思想。
　　 (5)對小波域分析的技術(shù)問題進行研究，重點是小波基函數(shù)和分解層數(shù)的選擇兩個方面。先分析不同小波基函數(shù)