【摘 要】
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惯性导航技术有着其它导航技术无法比拟的优势,但是它的发展受到了惯性传感器的影响,传统的惯性传感器（陀螺仪和加速度计）虽然精度比较高,但是其体积大、价格昂贵、可靠性等缺点使得惯性导航技术只有在高端场合得到应用。随着MEMS惯性传感器的发展,使得惯性导航技术在中低端场合得到了推广。而MEMS-IMU作为惯性导航的基本平台成为了学术界研究热点。本文的研究背景是研制一款实用的国产化MEMS-IMU。因此本
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惯性导航技术有着其它导航技术无法比拟的优势,但是它的发展受到了惯性传感器的影响,传统的惯性传感器（陀螺仪和加速度计）虽然精度比较高,但是其体积大、价格昂贵、可靠性等缺点使得惯性导航技术只有在高端场合得到应用。随着MEMS惯性传感器的发展,使得惯性导航技术在中低端场合得到了推广。而MEMS-IMU作为惯性导航的基本平台成为了学术界研究热点。本文的研究背景是研制一款实用的国产化MEMS-IMU。因此本文从工程入手,深入了解了MEMS-IMU的基本原理和发展历史,借鉴前人的经验,设计了MEMS-IMU整体方案。选取了拥有全自主知识产权的国产MEMS陀螺和MEMS加速度计,选取意法半导体公司生产的STM32F407作为主控芯片。以模块化的设计思想设计了MEMS-IMU的电源模块、MEMS加速度计模块、MEMS陀螺模块、主控模块和外部通信模块。并且配合IMU结构设计对IMU的整体尺寸进行优化。接着,针对MEMS惯性传感器的特性,分析了MEMS-IMU的误差来源,选取了刻度因子、零偏和安装误差作为主要误差源,建立了相对应的误差模型并给出了具体的标定方法。通过对MEMS加速度计和MEMS陀螺进行标定实验,验证了标定方法的可行性。最后,给出了捷联式惯性导航系统所使用的坐标定义及姿态表示方法,阐述了捷联式惯性导航系统姿态矩阵的求解方法。介绍了Kalman滤波原理并且和Mahony互补滤波做比较,最后选用Mahony互补滤波四元数姿态解算算法更新姿态角,实验表明该方法满足实际应用要求。
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