基于卡爾曼濾波的慣性傳感器信號處理論文

《基于卡爾曼濾波的慣性傳感器信號處理論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。

1、基于卡爾曼濾波的慣性傳感器信號處理畢業(yè)論文目錄畢業(yè)設計（論文）任務書I摘要IIAbstractIII第一章緒論11.1慣性傳感器信號處理研究目的及意義11.2國內(nèi)外MEMS慣性傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.3慣性傳感器信號處理研究概況71.4本文主要研究內(nèi)容91.5本章小結10第二章MTi慣性傳感器組成及卡爾曼濾波原理112.1MTi組件的工作原理及性能指標112.1.1微機械陀螺儀122.1.2微機械加速度計132.1.3MTi微慣性傳感器的輸出數(shù)據(jù)格式152.1.4姿態(tài)角的定義162.2MTi慣性傳感器姿態(tài)確定方法162.2.1現(xiàn)在比較常用的定姿方法162.2.2加速度

2、計定姿方法162.3卡爾曼濾波原理172.3.1卡爾曼濾波的產(chǎn)生背景172.3.2卡爾曼濾波算法182.3.3卡爾曼濾波器192.4本章小結20第三章卡爾曼濾波的慣性傳感器信號處理213.1陀螺儀、加速度計的誤差分析及測量方程建立213.1.1MEMS陀螺信號的特點及影響精度的主要因素21II3.1.2陀螺儀模型223.1.3加速度計誤差來源223.1.4加速度計的測量模型223.2慣性傳感器的狀態(tài)方程的建立233.3卡爾曼濾波器設計243.4基于matlab下的卡爾曼濾波方程的程序開發(fā)263.4.1Matlab在數(shù)據(jù)處理及圖像繪制方面的特點263.4.2在MATLAB下

3、卡爾曼濾波的程序設計273.5本章小結29第四章實驗仿真與結果分析304.1慣性傳感器實驗數(shù)據(jù)采集304.1.1慣性傳感器靜態(tài)實驗數(shù)據(jù)采集304.1.2慣性傳感器動態(tài)實驗數(shù)據(jù)采集304.2仿真結果分析304.2.1慣性傳感器靜止狀態(tài)下的仿真實驗314.2.2慣性傳感器運動狀態(tài)下的仿真實驗344.3本章小結39第五章結束語40參考文獻42致謝45第一章II第一章緒論1.1慣性傳感器信號處理研究目的及意義慣性傳感器是導航定位、測姿、定向和運動載體控制的重要部件，從航天、航空、航海到機器人、汽車等軍事、商業(yè)領域有著廣闊的應用前景。因此，對慣性傳感器技術的研究一直是各國研究的熱點

4、，也是慣性技術發(fā)展的重點。隨著慣性傳感器技術的發(fā)展，慣性導航系統(tǒng)（INS）所具有的自主、不易受干擾、實時輸出等優(yōu)良特性使得其在軍事、商業(yè)相關領域得到了廣泛應用。INS的精度主要取決于慣性傳感器的陀螺儀和加速度計的精度。[1]而一般的慣性傳感器所測量的數(shù)據(jù)存在大量的隨機噪聲，通過陀螺儀來測量載體的姿態(tài)角，其具有穩(wěn)定和短期精度高的優(yōu)點，適于測量快速變化的信息，但陀螺所測量的載體姿態(tài)角誤差會隨時間快速累積（漂移），當其長時間工作時漂移會無限增大，導致系統(tǒng)無法正常工作。加速度計與磁強計也可以用來測量載體的姿態(tài)，且其測量誤差不隨時間累積，它靜態(tài)性能好，適用于測量緩慢變化的信息，但當

5、載體加速度較大時這種方法則無法使用。[2]隨著計算機、人工智能等相關技術領域的發(fā)展，微型機器人、微型直升飛機等微小型自主式載體將廣泛運用到未來的生產(chǎn)以及人類生活中，而微小型、低成本的導航系統(tǒng)是其關鍵技術之一，這對慣性傳感器提出了新的要求。MEMS(MicroElectroMechanicalSystem)慣性傳感器采用微電子加工技術制造的芯片級慣性傳感器，是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)。其目標是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可

6、靠性水平。MEMS器件具有體積小、質量輕、成本低、抗沖擊、可靠性高等優(yōu)點，在汽車、電子、家電、機電等行業(yè)以及軍事領域有著極為廣闊的應用前景。[3]雖然目前MEMS器件的精度還未達到極限，通過改進硬件設計和制造方法可提高其精度，但是通過硬件制造高精度陀螺儀不近技術難，而且其成本也高。尋求通過對慣性傳感器的信號進行采集和處理的方法來提高陀螺儀的輸出信號精度，就能降低對慣性傳感器硬件的精度要求，進而達到降低成本的目的，這是慣性界一直以來的一個重要的研究方向。針對這兩種傳感器的特點需要對其測量采集的信息進行融合，提高慣性傳感器的測量信號精度，得到更為可靠的姿態(tài)信息?？柭鼮V波具有

7、較強的抑制干擾的能力，并能使控制方式具有良好的動態(tài)性能,在非線性最優(yōu)估計領域得到了很好的應用。－45－1.1國內(nèi)外MEMS慣性傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢MEMS技術最早由RichardPfeynman(1965年獲得諾貝爾物理獎)在1959年提出設想。1962年硅微型壓力傳感器問世。1979年Roylance和Angell開始壓阻式微加速計的研制。1991年Cole開始電容式微加速度計的研制。????慣性傳感器包括加速度計(或加速度傳感計)和角速度傳感器(陀螺儀)以及它們的單、雙、三軸組合IMU(慣性測量單元),AHRS(包括磁傳