MEMS惯性器件的数据采集与误差分析技术研究

发布时间：2017-05-18 07:13

  本文关键词：MEMS惯性器件的数据采集与误差分析技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： MEMS惯性器件具有成本低、体积小、功耗低、抗冲击能力强等优点。是一类非常适于构建微型捷联惯性导航系统的惯性传感器,随着器件性能的不断提高,其应用领域不断扩大。鉴于MEMS惯性器件广阔的应用领域和精度的不断提升,对于MEMS惯性传感器的研究已经成为各国研究的热点。论文依托实验室科研项目对具体型号的MEMS惯性器件数据采集系统和误差分析进行研究,为MEMS惯性器件在惯性系统中的进一步应用奠定基础。 分析了MEMS惯性器件的工作原理,MEMS惯性器件主要由MEMS陀螺仪跟MEMS惯性器件加速度计组成,分别用来测量载体的角度跟角加速度信息,通过坐标变换矩阵获得被测运动载体的姿态信息。主要研究了MEMS陀螺仪和MEMS加速度计力学原理,给出了陀螺仪跟加速度计的误差模型,分析了影响MEMS惯性器件的主要误差项。 论文通过单片机、PC机和MEMS惯性器件三者之间的通信实现惯性器件的数据采集系统。设计了AT89C52单片机跟惯性器件的通信电路板,在PC机中应用VC++6.0实现了数据采集界面,给出程序流程图以及主要程序源代码。 在研究了Allan方差理论的基础上,为了提高数据的利用效率分析了交叠是Allan方差,并应用交叠式Allan方差原理分析了MEMS陀螺仪中的量化噪声、角度随机游走、速率随机游走、零偏不稳定性和速率斜坡五项主要随机误差。并根据采集到的X轴、Y轴及Z轴的MEMS陀螺仪数据进行Allan方差辨识试验,估计出陀螺仪五项随机误差系数值,给出了各随机误差对应的族时间。
【关键词】：MEMS AT89C52 Allan方差 随机误差
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：V241.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题的背景及意义11-12
• 1.2 MEMS惯性器件的发展现状12-15
• 1.3 相关技术国内外的发展状况15-17
• 1.3.1 数据采集系统15
• 1.3.2 陀螺仪随机误差辨识技术15-17
• 1.4 论文的主要工作17-18
• 第2章 MEMS惯性技术特性分析18-31
• 2.1 MEMS惯性器件工作原理18-25
• 2.1.1 微型惯性测量单元18-19
• 2.1.2 MEMS陀螺仪19-23
• 2.1.3 MEMS加速度计23-25
• 2.2 MEMS惯性器件的主要性能指标及分类25-28
• 2.2.1 MEMS惯性器件的主要性能指标25-27
• 2.2.2 MEMS惯性器件的分类27-28
• 2.3 MEMS惯性器件的误差模型与分析28-30
• 2.3.1 陀螺仪误差模型28-29
• 2.3.2 加速度计误差模型29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 MEMS惯性器件数据采集系统硬件设计31-47
• 3.1 ADIS16350工作特性分析31-35
• 3.1.1 ADIS16350数据结构32-33
• 3.1.2 ADIS16350引脚配置33-35
• 3.2 SPI总线协议35-37
• 3.2.1 概述35
• 3.2.2 SPI通信原理35-36
• 3.2.3 SPI的配置36-37
• 3.3 数据采集硬件总体方案设计37-46
• 3.3.1 AT89C52单片机引脚配置38-40
• 3.3.2 SPI主、从器件总线接口通信设计40-41
• 3.3.3 RS-232串口接口电路41-43
• 3.3.4 电路原理图设计43
• 3.3.5 数据采集C语言编程43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 MEMS惯性器件的随机误差分析47-64
• 4.1 MEMS陀螺仪误差特性47-50
• 4.1.1 MEMS陀螺仪误差源及其分类47-48
• 4.1.2 MEMS陀螺仪随机误差48-50
• 4.2 MEMS陀螺仪随机误差辨识技术研究50-56
• 4.2.1 辨识方法选择50-51
• 4.2.2 速率陀螺Allan方差表示51-55
• 4.2.3 交叠式Allan方差55-56
• 4.3 MEMS陀螺仪主要随机误差分量的Allan方差辨识56-63
• 4.3.1 量化噪声57-58
• 4.3.2 角度随机游走58-59
• 4.3.3 零偏不稳定性59-60
• 4.3.4 速率随机游走60-61
• 4.3.5 速率斜坡61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 数据采集软件设计与辨识试验64-77
• 5.1 基于VC++6.0通信软件设计64-72
• 5.1.1 系统总体设计64
• 5.1.2 AT89C52单片机与PC机串行通信接口软件设计64-67
• 5.1.3 PC机与单片机串行通信接口软件设计67-72
• 5.2 MEMS陀螺仪随机误差的Allan方差辨识实验72-76
• 5.2.1 MEMS陀螺仪随机误差Allan方差分析72-74
• 5.2.2 辨识试验74-76
• 5.3 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果82-83
• 致谢83

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张立新;黄晋英;;基于压电陀螺的测量系统设计及滤波处理[J];科技信息;2011年20期

2 秦红磊;张亚珍;丛丽;邢菊红;;GPS/MEMS-INS组合导航系统设计[J];计算机工程与设计;2011年11期

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3 张士钰;基于MEMS惯性传感器的车辆组合导航研究[D];南京航空航天大学;2010年

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7 梁勇;基于MEMS的航姿系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2011年

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本文编号：375405