• 中国科技核心期刊
  • JST收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

MEMS阵列数据融合及标定方法研究

阮卫 黄海 洪剑英 秦斌

阮卫, 黄海, 洪剑英, 等. MEMS阵列数据融合及标定方法研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0140
引用本文: 阮卫, 黄海, 洪剑英, 等. MEMS阵列数据融合及标定方法研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0140
Ruan Wei, Huang Hai, Hong Jianying, Qin Bin. Study on field Data Fusion and calibration techniques of MEMS Array[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0140
Citation: Ruan Wei, Huang Hai, Hong Jianying, Qin Bin. Study on field Data Fusion and calibration techniques of MEMS Array[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0140

MEMS阵列数据融合及标定方法研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0140
详细信息
    作者简介:

    阮卫:阮 卫(1993-), 男, 硕士, 工程师, 主要研究方向为导航与控制

  • 中图分类号: TJ630.1; U674.94

Study on field Data Fusion and calibration techniques of MEMS Array

  • 摘要: 针对MEMS陀螺随机噪声大及零偏重复性不好的特点, 对MEMS随机误差采用Allan方差法分析其角度随机游走, 以Allan方差辨识值和加权最小二乘法, 设计阵列陀螺信息融合处理算法, 可有效降低角度随机游走, 且在静态和动态条件下均能实时响应真实角速率。对MEMS陀螺常值漂移, 结合惯性导航系统误差的可观测性设计两位置标定方案, 完成常值漂移的系统级标定。仿真结果表明, 文中所提方法可有效降低MEMS陀螺角度随机游走和陀螺常值漂移, 显著提升MEMS惯性测量精度。

     

  • 图  1  MEMS阵列融合方案

    Figure  1.  A Scheme for MEMS Array Fusion

    图  2  三陀螺阵列

    Figure  2.  Triple gyro array

    图  3  陀螺仪原始输出

    Figure  3.  Gyroscope raw output

    图  4  加速度计原始输出

    Figure  4.  Accelerometer raw output

    图  5  陀螺滤波融合输出

    Figure  5.  Gyro filter fusion output

    图  6  陀螺滤波融合输出

    Figure  6.  Gyro filter fusion output

    图  7  虚拟陀螺技术动态仿真

    Figure  7.  Virtual gyro technology dynamic simulation

    图  8  陀螺动态融合输出

    Figure  8.  Gyro dynamic fusion output

    图  9  失准角估计值

    Figure  9.  Misalignment angle estimate

    图  10  北向陀螺漂移估计值

    Figure  10.  Estimated values of north constant drift

    图  11  东向陀螺漂移估计值

    Figure  11.  Estimated values of east constant drift

    图  12  航向角误差

    Figure  12.  The error of heading angle

    图  13  横滚角误差

    Figure  13.  The error of roll angle

    图  14  俯仰角误差

    Figure  14.  The error of pitch angle

  • [1] 刘明雍, 朱立, 董海霞. 基于卡尔曼滤波的陀螺仪阵列技术研究[J]. 兵工学报, 2016, 37(2): 272-278. doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.02.012

    Liu Mingyong, Zhu Li, Dong Haixia. Research on Gyroscope Array Based on Kalman Filter[J]. Acta Armamentarii, 2016, 37(2): 272-278. doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.02.012
    [2] Wang J, Olson E. High-performance inertial measurements using a redundant array of inexpensive gyroscopes (RAIG)[C]//2015 IEEE International Conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems(MFI). IEEE, 2015: 71-76.
    [3] Vaccaro, Richard J, Zaki, et al. Reduce-drift virtual gyro from an array of low-cost gyros[J]. Sensors, 2017, 17(2): 352. doi: 10.3390/s17020352
    [4] 吉训生, 王寿荣. 硅微陀螺阵列信号处理技术研究[J]. 宇航学报, 2009, 30(1): 235-239. doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2009.00.041

    Ji Xunsheng, Wang Shourong. Research on Signal Procession of Silicon Micro-gyroscope Array[J]. Journal of Astronautics, 2009, 30(1): 235-239. doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2009.00.041
    [5] 刘洁瑜, 沈强, 李灿, 等. 基于优化KF的MEMS陀螺阵列信号融合方法[J]. 系统工程与电子技术, 2010, 38(12): 2705-2710.
    [6] 沈强, 刘洁瑜, 汪立新, 等. MEMS陀螺阵列技术研究进展[J]. 导航与控制, 2017, 16(5): 97-103, 46. doi: 10.3969/j.issn.1674-5558.2017.05.017

    Shen Qiang, Liu Jieyu, Wang Lixin, et al. Fusion method of MEMS gyro array signals based on optimal KF[J]. Systems Engineering and Electronics, 2017, 16(5): 97-103, 46. doi: 10.3969/j.issn.1674-5558.2017.05.017
    [7] 任亚飞, 柯熙政. 多尺度小波分解在微机电陀螺数据处理中的应用[J]. 应用科学学报, 2010, 28(4): 394-398. doi: 10.3969/j.issn.0255-8297.2010.04.011

    Ren Yafei, Ke Xizheng. Fusion of Multi-scale Wavelet Decomposition and Application to MEMS Gyroscope Data Processing[J]. Journal of Applied Sciences, 2010, 28(4): 394-398. doi: 10.3969/j.issn.0255-8297.2010.04.011
    [8] 任亚飞, 柯熙政. 微机电陀螺数据融合中小波基的选择[J]. 信息与控制, 2010, 39(5): 136-140.

    Ren Yafei, Ke Xizheng. Wavelet Base Selection for Data Fusion of Micro Electro Mechanical System[J]. Information and Control, 2010, 39(5): 136-140.
    [9] Luo Z, Liu C, Yu S, et al. Design and analysis of a novel virtual gyroscope with multi-gyroscopeaand accelerometer array[J]. Review of Scientific Instruments, 2016, 87(8): 085003. doi: 10.1063/1.4960304
    [10] 罗璋. 基于融冗余传感器的虚拟陀螺技术及其应用研究[D]. 华中科技大学, 2017.
    [11] 张亦朴, 焦玉冰, 郭肖亭. 基于阵列技术的冗余陀螺仪数据融合方法[J]. 电子测量技术, 2022, 45(22): 24-31.

    Zhang Yipu, Jiao Yubing, Guo Xiaoting. Data fusion method of redundant gyroscope based on array technology[J]. Electronic Measurement Technology, 2022, 45(22): 24-31.
    [12] 张华强, 赵剡, 陈雨. 基于支持度的MEMS陀螺融合方法[J]. 宇航计测技术, 2012, 32(2): 18-21. doi: 10.3969/j.issn.1000-7202.2012.02.006

    Zhang Huaqiang, Zhao Yan, Chen Yu. Information Fusion of MEMS-gyro Based on Support Degree[J]. Journal of Astronautic Metrology and Measurement, 2012, 32(2): 18-21. doi: 10.3969/j.issn.1000-7202.2012.02.006
    [13] 吕琦炜, 鲍其莲. 虚拟陀螺改进卡尔曼滤波设计[J]. 电子设计工程, 2015(19): 24-29. doi: 10.3969/j.issn.1674-6236.2015.19.008

    Lv Qiwei, Bao Qilian. Novel Kalman filtering algorithmfor virtual gyroscop[J]. Electronic Design Engineering, 2015(19): 24-29. doi: 10.3969/j.issn.1674-6236.2015.19.008
    [14] 张鹏, 常洪龙, 苑伟政, 等. 虚拟陀螺技术研究[J]. 传感技术学报, 2006, 19(5): 2226-2229. doi: 10.3969/j.issn.1004-1699.2006.05.242

    Zhang Peng, Chang Honglong, Yuan Weizheng, et al. On Improving the Accuracy of Micromachined Gyroscopes Based on Multi-Sensors Fusion[J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators, 2006, 19(5): 2226-2229. doi: 10.3969/j.issn.1004-1699.2006.05.242
    [15] 何昆鹏, 程万娟, 高廷滨, 等. 虚拟陀螺技术在MEMS惯性导航系统中的应用[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2009(10): 1123-1128. doi: 10.3969/j.issn.1006-7043.2009.10.008

    He Kunpeng, Cheng Wanjuan, Gao Tingbin, et al. Virtual gyro technique applied in the MEMS INS[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2009(10): 1123-1128. doi: 10.3969/j.issn.1006-7043.2009.10.008
  • 加载中
图(14)
计量
  • 文章访问数:  9
  • HTML全文浏览量:  3
  • PDF下载量:  1
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-05
  • 修回日期:  2023-12-13
  • 录用日期:  2024-03-01
  • 网络出版日期:  2024-06-05

目录

    /

    返回文章
    返回
    服务号
    订阅号