项目名称: MEMS陀螺阵列噪声相关性及其对融合信号漂移误差影响研究

项目编号: No.61503390

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 自动化技术、计算机技术

项目作者: 薛亮

作者单位: 中国人民解放军火箭军工程大学

项目金额: 22万元

中文摘要: 如何提高MEMS陀螺测量精度对于微惯性导航系统的发展具有重要意义,同类多传感器信号融合成为降低陀螺漂移的一种全新方法,而陀螺阵列噪声相关系数的获取及其对融合信号漂移的影响规律成为其技术实施和应用中亟待解决的关键问题。因此,本项目开展MEMS陀螺阵列噪声相关性分析和信号融合滤波研究。包含三方面内容:(1)提出一种基于数理统计和数值仿真的噪声相关系数求解算法,研究不同阵列几何结构对相关性的影响规律。(2)研究基于MEMS陀螺多噪声参数的阵列信号融合滤波,采用解析法和数值法求解滤波器模型,建立角速率信号最优估计卡尔曼滤波器,研究滤波参数的动态在线监测、估计及自适应调整方法。(3)建立合成角速率信号漂移误差的数学模型,以此研究相关性对精度提升的影响规律,为设计最优相关性的MEMS陀螺阵列提供理论依据。项目的研究成果对于提高当前MEMS陀螺精度水平,使其进入航空航天实际应用具有重要意义和应用前景。

中文关键词: 微机电系统;陀螺阵列;信号融合;相关性;最优估计

英文摘要: How to improve the measurement precision of MEMS gyroscope is of great important significance to the development of micro inertial navigation system. The technology of homogeneous sensor multi-data fusion is becoming a promising and effective approach to reduce the stochastic drift of MEMS gyroscope. However, obtaining of correlation coefficient between the noises of a MEMS gyroscope array and its influencing mechanism on the drift error of the combined rate signal became a crucial technology that restrict the implement and practical application of the technology of MEMS gyroscope array. Thus, this project is focused on research of the noise correlation and multi-data fusion of MEMS gyroscope array. The study of the project is mainly contained the following three aspects: Firstly, a mathematical statistics method and numeric simulated method are established to analyze and obtain the noise correlation coefficient, the influence of geometry layout of the sensor array on the noise correlation is studied. Secondly, an optimal estimation algorithm for combining the output signals of a gyroscope array is studied and established, in which the MEMS gyroscope contains multiple noise parameters. Especially, analytical and numerical methods are used to solve the filter model respectively to design an optimal Kalman filter. Furthermore, a method for on-line monitoring, dynamically estimating and self-adaptive adjusting the designing parameters of optimal filter is studied to considerably improve the performance. Lastly, a mathematical model for the drift error of the combined rate signal is built through the analytical solution of filter model. Based on these analyses, the influencing mechanism of noise correlation on performance improvement is investigated. It could provide a theoretical basis for designing of an optimal correlated MEMS gyroscope array for greatly improving the accuracy. The results of this project has a better theoretical significance and military value for improving the accuracy of current MEMS gyroscope, which making it into the practical application of aviation and aerospace.

英文关键词: Microelectromechanical systems (MEMS);Gyroscope array;Signal fusion;Correlation;Optimal estimation

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