基于MEMS惯导系统的数据采集及误差补偿算法研究 工程硕士学位论文开题报告.doc

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1、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文开题报告研 究 生 入 学 时 间 导 师 论 文 题 目 院 （系） 工 程 领 域 开题报告日期 研究生院培养处制说 明一、开题报告应包括下列主要内容：1论文选题的目的和意义（1）课题来源，项目名称；（2）与本课题有关的国内外研究状况；（3）本课题研究的主要内容；2.研究方案（1）技术方案（技术路线，技术措施）；（2）方案实施所需的条件（技术条件，试验条件）；（3）存在的主要问题和技术关键；（4）预期达到的目标。3.研究计划进度表和经费预算及经费落实4主要参考文献二、对开题报告的要求1开题报告的字数应在5000字以上；2阅读的主要参考文献应在10篇以上（一般应

2、包含外文文献）；三、开题报告时间应在课程学习结束后的六个月内完成。四、如工程硕士研究生首次开题报告未通过，需在三个月内再进行一次。若仍不通过，则停止工程硕士论文工作。五、此表不够填写时，可另加附页。六、开题报告进行后，此表应交学生所在院（系）教学秘书留存，另外研究生本人也应妥善保留，以备论文答辩时参考。研究生院将对开题报告进行抽查。1. 论文选题的目的及意义：MEMS（微机电系统微MEMS技术），最早业务于70年代末和80年代初，与传统机械系统相比，其体积更小，最大不超过一厘米，甚至只有几微米，厚度更小；有两个MEMS的制造方法，首先以硅为主要材料，硅、铁、铝的密度和类似的热导率类似于铜和钨；

3、第二种方法是使用和集成电路（IC）的组合，可以有效地利用成熟的技术和生产的集成电路大型工艺生产过程中，低成本、高生产效率、高性价比的十传统的机械制造技术；微器件MEMS集成通常由微传感器、信号处理、控制电路、通讯接口和电源组合成微加工技术的集成，高技术的发展前沿和现代信息中的应用电子技术成果上；惯性导航系统（惯性导航系统）的基本原理是基于牛顿运动第二定律的原理为基础的惯性参考系的参考系统，惯性导航装置（陀螺和加速度计）或相对独立的运动测量加速度测量的载体时，和对时间的积分，积分结果转换为惯性导航坐标、速度惯性导航坐标系，计算准确，角度和位置信息；惯性导航系统科学和军事单位提供了一个良好的基础的

4、基本原理；惯性导航系统通常包括以下主要部分，（1）惯性测量单元：陀螺仪和加速度计，也被称为MEMS惯性传感器，广泛应用于航空航天、机器人、汽车、军事和作战平台和小卫星应用；具有成本低、体积小、重量轻等优点，质量好；此外，有利于MEMS惯性传感器技术的发展，数字惯性导航平台实现容易，惯性导航平台通常有捷联惯性导航系统与平台式惯性导航系统的两种。如果在空间中模拟惯性导航坐标系，加速度计测量轴在惯性导航系统中是稳定的。固定载体的姿态角和位置信息的初始值；惯性导航系统还必须有一个陀螺仪，它是用来防止术中稳定回路的敏感装置不受外部干扰力矩的影响，减小干扰信号；为了让惯性导航平台可以随时跟踪惯性导航坐标系

5、的加速度计输出信号传输给导航计算机旋转，最终将信息传递给陀螺，跟踪环路形成一套导航计算机；（3）：计算机仿真软件在导航系统的使用角度，位置和导航计算速度；（4）控制显示我在系统模块、计算和信息导航参数信息的操作过程的初始值；（5）附件和惯性导航系统的功率；导航系统的主要特点是不受外部信号的干扰和影响系统，不依赖于其他外部的支持和帮助，捕捉能力，可以独立完成导航程序，可以输出任何连贯的导航参数，惯性导航数据的更新速度，精度和良好的稳定性。惯性导航系统的主要缺点是惯性导航系统的误差和累积误差的时间增加，如果长时间工作会影响系统的性能，有两种方法来解决这个问题，首先是每个设备的质量和提高惯性导航系统

6、的测量精度：采用惯性导航系统二；第一个解决方案是提高惯性导航系统中的设备的质量，主要是基于新技术和新材料为基础，开发了一种新的高精度的惯性导航装置的类型；而根据计划，花费了大量的财力和物力，提高结果精度不w我很快就要出去了。时间是有限的，惯性导航系统的组合模拟软件提高惯性导航精度的应用，该方法不需要花很多钱的力量，快速、有效的方法，所以惯性导航系统的组合是现代性发展的科学的研究对象；分类平台，两种不同形式的捷联惯性导航系统主要是基于惯性导航系统中的微量元素的测定（陀螺和加速度计）安装在载体上不同原理的平台；该系统在微单元的所有测量元件（陀螺仪和加速度计）安装在惯性平台当惯性测量单元运行时，惯性

7、平台伺服电机的驱动操作，陀螺和加速度计信号可以跟踪惯性导航坐标空间。陀螺一直保持在两个加速度计和两个轴加速度运行值，可方便地测量两轴两加速度值；捷联式惯性导航系统是将驱动电机惯性导航平台驱动步进微惯性测量单元直接安装在惯性导航系统的陀螺仪和加速度计的载体，惯性导航平台或虚拟的，只是一个虚拟乐队机电惯性导航平台采用惯性导航计算机的建立，这是一个计算过程；在这一运动中的测量坐标系统在惯性坐标系的运动载体的计算过程，通过角速度陀螺仪的测量，并显示惯性坐标转换结果到导航坐标系的变换矩阵，可以得到；根据变换矩阵，然后加速度传感器测量信号到导航坐标系，Tran传播到计算机，计算，得到的姿态角和导航参数；平

8、台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统的差异；而伺服装置和机电平台的捷联导航系统，降低了硬件的安装，但也增加了计算机模拟的计算复杂性；性能捷联惯导系统平台比高，由于减少了硬件系统，使用更敏感的设备，在计算和机制实现技术、捷联惯性导航系统的导航系统和十个平台，没有太多的工具，只是一个庞大的计算量，从成本也便宜很多；根据上述描述，比较同类型的捷联惯性导航系统和平台的优缺点，根据成本、重量、传播速度、便利、成本和捷联式惯性导航系统的体积比为平台，根据精度；少量计算和计算方便，平台型毕节捷联惯性导航系统和高标准；由于本文是民用设备，精度要求不是很严格的，成本低，本文是基于十的捷联惯性导航系统的特点进行了

9、深入的研究。MEMS通常是输入、处理、输出的所有信息都集成到一个电路，由微系统的功能，提高新技术，实际的应用系统，智能化程度高，开辟了科学技术发展的一个新的技术和产业，已在航天、航空、汽车、机器人、生物医学、环境监测中具有广阔的应用前景，军事等方面；市场的主导产品为压力传感器，加速度计，陀螺仪，墨水喷嘴等。惯性导航技术在军事、国防、科研机构和民用领域都是非常重要的，在世界上的许多国家都集中在惯性导航技术的发展；在中国这一领域的研究工作起步较晚，全国科研机构的专家、企业、机构和国内许多高校如高潜心研究这一领域的技术，和一个新的成功的希望；随着惯性导航技术的发展，已推广应用于民用、军事和科研单位的

10、许多领域；民用用途十分广泛，GPS卫星导航定位的汽车，农业文化的机械，在高海拔的喷涂设备工具和车辆，十的森林火灾监测的无人驾驶飞机，油挖，天气监测机器人惯性导航系统。在军事领域，微型无人飞机、卫星探测、航空航天等领域成功安装导航的惯性导航技术；在应用管道技术在汽车安全气囊、无惯性导航系统的到来，低成本和小型化的微惯性器件，防滑防震系统是一个技术领域。新突破；目前，惯性导航技术仍然是十一创新阶段，许多地区已经使用非常频繁，已经超出了人们的想象，这也是一个渐进的发展时期，是用他的功能，精度高、成本低，在现有功能的不断完善，创造了一个新的发展方向。2. 国内外研究现状在发达国家，美国在MEMS惯性导

11、航系统的器件和技术方面与其他国家相比处于较高的位置。深入研究美国军事基地研究组和区政府部门都在MEMS惯性导航系统不断，无论是在民用和军事和商业方面都投入了大量资金，也逐年增加。通常MEMS惯性导航系统产品定位测量误差、测速误差等技术指标均为低精度产品和高精度产品。基于我国惯性导航系统领域的MEMS技术的研究起步较晚，这一步找到了发达国家的技术知识后，经过20年的努力，并取得了一定的成果，在理论和实际的生产发展，但与发达国家同类产品相比，精度和做工不太准确和详细，虽然在十年初，但已广泛应用于工业、商业、民用和军事研究等。许多大学、研究机构和公司都开发了MEMS惯性导航系统的组合导航系统产生了很

12、大的兴趣，也推出了一系列的研究工作，并已在科学研究方面取得了一定的成果，对今后的研究工作提供了宝贵的意见。3.研究内容MEMS惯性导航系统数据的计算和误差补偿算法的主要研究内容如下：只有系统级的态度变化，运行环境和案例分析的相对稳定状态，惯性导航系统的MEMS数据解决欧拉算法计算。在大角度姿态矢量，姿态计算，当导航系统采用四五号姿态更新算法在不平路面上的惯性导航系统的MEMS解决方案数据或空中，解决其他姿态更新算法具有奇异性问题。MEMS惯性导航系统误差补偿算法采用基于Kalman滤波的滤波算法和gp-srukf SRUKF滤波算法。gp-srukf SRUKF滤波算法和滤波算法进行了比较，得

13、到的结果和分析，解释现象，是影响系统和重要的基础为今后的研究和发展。4.研究方法本文主要研究了惯性导航系统的MEMS算法，主要内容是研究MEMS惯性器件、微算法测量装置的计算、系统数据分析的结果，计算误差补偿算法，用什么方法可以使误差系数减小，精度提高。MEMS惯性导航系统和惯性测量组件的数据计算和误差补偿算法对硬件和软件的设计过程中仔细的研究设计，仿真分析，分别对基础的硬件设计和软件算法，通过对算法的准确性和实用性，仿真结果的分析；在MEMS惯性导航系统的硬件和软件设计。根据MEMS惯性导航系统的实际应用对象和环境设计的硬件设计；利用LabVIEW软件和MATLAB仿真软件设计，编写程序的初

14、始值，仿真结果，惯性器件分析；数据计算软件和精确的计算误差补偿算法，使导航惯性导航系统精度的探讨；MEMS惯性导航设备数据的计算是最重要的范围，根据实际情况选择合适的数据计算方法，适合不同的环境和不同的场合；基本算法和基本流程的实现根据F补偿的大小计算误差数据，对补偿算法进行仿真分析和实验结果的给出，分析原因。MEMS惯性导航系统硬件及软件设计说明：第一步，MEMS惯性导航系统硬件设计：（1）惯性测量单兀(Micro Inertial Measurement Unit, MIMU ) (2)NI PXI-6229多功能数据采集卡(3)导航计算机(4)伺服转台；第二步：MEMS惯性导航系统软件设

15、计思路：（1）LabVIEW简介（2）MEMS惯性导航系统数据解算仿真分析（3）MEMS惯性导航算法的基本理论（4）基础坐标系（5）坐标系定义（6）坐标系变换关系（7）方向余弦法（8）欧拉角算法（9）引言（10）欧拉角算法计算过程。参考文献1段精姑，马铁华，范锦彪等.基于无陀螺捷联惯导系统的四元数算法，2010,32(1): 1518.2李建奇，资道周一种新型加速度传感器性能测试系统，2008(5):4851.3 Bernstein J. An overview of MEMS inertial sensing technology. Sensors, 2003(2): 2225.4龙脉工作室

16、，岂兴明，周建兴等.LabVIEW8.2中文版入门与典型实例，2008,7.5孙丽.激光捷联惯导/星光/卫星容错组合导航系统研究(硕士学位论文).西北工业大学，2007.6郭理彬，汤霞清，张环.光纤陀螺惯性导航算法及其仿真.火力与指挥控制，2008(33): 1113.7周徐吕，沈建森.惯性导航技术的发展及其应用.自动测量与控制，2006,25(9): 5559.8陈燕匕，张曦文.GPS/INS复合制导技术.情报指挥控制系统与仿真技术，2005 (2) : 333 6.9袁信，余济祥，陈析.导航系统.北京:航空工业出版社，1993.10项凤涛.捷联惯导算法和组合导航滤波的精细积分方法研究(硕士

17、学位论文).国防科学技术大学，2010.11袁伟，程农.潜艇重力辅助惯性导航系统研究与仿真.四川兵工学报，2011,32(5): 7779.12土黎斌，尚克军，土孝利等一种惯性/GPS伪距/伪距率组合导航算法.战术导弹控制技术，2011，28(1).13杨静，张洪锁，朱士青.基于伪距、伪距率的GPS/SINS容错组合导航系统.航天控制，2003 (3)1725.14申星.面向小型无人直升机的SINS/GPS组合导航系统研究(硕士学位论文).浙江大学，2012.15钱华明，夏全喜，I兴涛等.基于Kalman滤波的MEMS陀螺仪滤波算法.哈尔滨工程大学学报，2010, 319:12171221.16鲍其莲，周媛媛.基于UKF的GPS/SINS伪距(伪距率)组合导航系统设计.中国惯性技术学报，2008(1):78-81.17袁广民，李晓莹，常洪龙等.MEMS陀螺随机误差补偿在提高姿态参照系统精度中的应用.西北工业大学学报，2008, 26(6):777-781.18李佳.基于被动测量的机动日标跟踪算法研究(硕士学位论文).西安电了科技大学，2008.19马超.Kalman滤波算法的简化研究.中国科技信息，2005(12):116.