● 摘要
本文根据项目指标要求，选用多种MEMS陀螺和加速度计作为惯性敏感元件，分别采用AT91RM9200与C8051F单片机作为微处理器，结合不同结构平台构建MIMU，并介绍了其具体实现及标定补偿方法。在系统总体设计上，分别采用了立体式结构与平板式结构方案，使三个加速度计敏感轴交于空间一点并尽量相互靠近，同时保证三个陀螺的敏感轴正交。在此基础上进行了系统的软、硬件设计及调试，实现每20ms输出一次角速度、加速度及温度等信息。系统硬件主要包括MEMS陀螺和加速度计的外围电路、信号调理电路、数据采集模块、串行通讯模块以及电源稳压与采样模块等。分别采用ARM2导航计算机与51单片机为微处理器，开发了系统软件，实现了数据采集平滑、误差补偿及打包发送。还进行了串口通信软件设计，实现MIMU数据在上位机接收、存储和处理。在对MIMU进行误差分析的基础上，采用Allan方差法对陀螺随机误差进行了分析，确定各项噪声对陀螺精度的影响程度。结合选用模型利用转台试验对系统进行了离线标定，给出了基于速率台和位置台的动静混合标定方案及温度标定方法。通过六方位正负速率实验和十位置静态位置实验辨识出模型中各项误差系数，并结合高低温实验标定其温度参数，用于MIMU的实时补偿，实验结果表明达到了预期设计指标。采用小波分析对MIMU信号随机误差进行了小波自适应滤波研究。提出了一种分解层数和阈值门限自适应选取的滤波方法，同时探讨了小波基与阈值函数的选取规则，针对MIMU实测数据进行了小波滤波的仿真试验。结果表明该滤波方法能有效消除MIMU信号随机误差。