全球首发!惯性导航导论(剑桥大学)第一部分

 (micromachined electromechanical systems)MEMS使得惯性导航技术成为可能,主要研究了基于MEMS设备的strapdown systems. 基于Xsens Mtx惯性测量单元的简易惯性导航系统(IMU),我们表明,60秒的操作噪声是平均误差的位置增长到超过150米。干扰陀螺仪信号引起的定位误差的传播被认为是造成这种漂移的关键原因。通过仿真,我们研究了干扰陀螺仪信号的单个噪声过程的意义,确定白噪声是对系统整体漂移贡献最大的过程。

传感器融合和特定领域的约束可以用来减少INSs中的漂移。为一个例子实验结果表明,利用磁强计进行传感器融合,可以将系统在60秒后获得的平均位置误差从150米以上降低到5米左右。我们的结论是,虽然MEMS,IMU技术正在迅速发展,目前还不可能制造出一种基于微机电系统的INS,这种INS能使分米定位精度达到1分钟以上。

Introduction

本报告介绍了惯性导航和惯性导航系统的误差特性。它的目的是解决缺乏一个可读的介绍的主题,不过分简化或忽略惯性导航系统的错误属性。该报告还旨在解释性能规格测量的意义和重要性,如“噪声密度”和“偏差稳定性”,这是制造商经常声明的。

读者应该注意到,虽然本报告的目的是提供一个广泛的介绍惯性导航的主题,后几章主要集中在捷联式惯性导航系统使用微机械机械系统(MEMS)设备。MEMS技术是目前特别感兴趣的,因为它提供了坚固、低成本、小型和轻量级的惯性传感器,相对于其他可用的技术。MEMS惯性器件的性能也在迅速提高。
在整个报告中,一个简单的惯性导航系统(INS)是基于一个Xsens Mtx设备开发的。报告的结构如下:

第2节介绍了向读者介绍了惯性导航及其用途,以及两种主要的惯性导航系统

第3节和第4节详细介绍了陀螺仪和加速计。这两部分都包含了可用的不同类型传感器的概述,以及对错误源的描述。

第5部分介绍了一种用于陀螺和加速度计信号噪声特性检测和测量的Allan Variance技术。

第6节详细介绍了捷联惯性导航,并解释了在导航系统中,个人陀螺仪和加速度计的误差是如何作为一个整体传播的。分析了一种简单惯导系统的性能,说明了噪声干扰对陀螺和加速度计信号的相对重要性。

第7节描述了如何使用模拟来分析不同噪声源的相对重要性。构造了一个简单的仿真器,并与第6节实际系统进行了对比

第8节介绍了在惯性系统中减小漂移的几种方法。

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