角速度陀螺信号测量及标定方法研究开题 .pdfVIP

中北大学信息商务学院

毕业设计开题报告

学生姓名：学号：

学院、系：、电子与计算机科学技术

专业：

设计题目：角速度陀螺信号测量及标定方法研究

指导教师:

2010年12月10日

毕业设计开题报告

1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文

献综述：

文献综述

一、本课题的研究背景及意义

现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，作为一种惯性测量

器件，是惯性导航、惯性制导和惯性测量系统的核心部件，它是现代航空，航海，航

天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国

防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。

惯性导航系统通常由陀螺仪和加速度计组成，陀螺仪用于测量角运动参数，加速度

计用于测量线加速度。随着微惯性器件的发展，微机械惯性测量单元的应用技术得到了

广泛的重视。

无陀螺微惯性测量单元(GF-MIMU)，在利用线加速度计测量线加速度的同时，根据

线加速度计的空间位置组合解算出角速度信息，从而得出刚体运动的全部参数。由于无

陀螺惯性测量单元用线加速度计代替陀螺，不仅可以大幅度降低成本，还可以克服陀螺

无法适应大角度测量、不能承受大的线加速度冲击的弱点。

在无陀螺惯导系统中，由于没有使用陀螺使系统具有低成本、低功耗、长寿命、高

可靠性、抗高过载等优点，但是角速度的解算误差随时间发散，所以基于加速度计的无

陀螺惯性测量组合角速率解算误差较大,导致无陀螺惯性导航系统姿态解算精度较低,从

而成为当前制约其应用的主要原因之一。因此,提高无陀螺惯性测量组合角速率解算精

度,成为当前研究的重点，而合理的角速率解算算法是提高无陀螺惯性测量组合。

无陀螺惯性测量组合在角速率解算过程中不仅需要知道加速度计标定因数、零偏及

实际安装方向向量,还需要准确获取加速度计的实际安装位置。针对上述特点,以加速度

计输出模型为基础,提出并建立了一种广泛适用于各种无陀螺惯性测量组合的标定方法。

该方法经转台位置和速率实验验证可以准确得到加速度计标度因数、零偏及安装误差,

进一步提高了载体线加速度和角速率解算精度,从而为后续的姿态解算奠定基础。

因此，对角速度陀螺的信号的准确采集及误差的精确标定，才能使陀螺高性能稳定

的运作，从而使其被广泛的应用于各个领域。

二、本课题国内外研究现状

第一代陀螺仪是机械式陀螺仪，其中最基本的部件是高速旋转的灵敏部，灵敏部旋

转速度越快其稳定性更强，机械式陀螺仪的转速一般在18000—24000转之间，优质机

械陀螺仪的转速可达30000/min以上，但陀螺转子的机械摩擦使陀螺仪的可靠度逐渐降

低，误差也随着转子质量及转子旋转速度的增加而减小，并随着悬置轴上的摩擦力的减

小而减小。为了提高机械式陀螺仪的可靠性与精度，人们又先后研制成功可悬浮式陀螺

仪及惯性陀螺（机电式陀螺）。

随着光电子技术的发展，人们开始试图用一个新的装置来代替机械式陀螺仪中笨重

的机械转子，经过不断地尝试、帅选与研究，诞生了第二代陀螺仪——激光陀螺。激光

陀螺的工作原理使多普勒效应。关键部件由激光管和环形腔组成的环形激光器。激光陀

螺与最先进的机械式陀螺相比，主要表现在激光陀螺没有旋转部分，从而消除了机械陀

螺因带有旋转部分而出现的质量不平衡现象，因此激光陀螺可在大的过载条件下工作，

并且激光陀螺的稳定性与灵敏度都远高于机械式陀螺，其次激光陀螺一启动，马上开始

工作，而机械式陀螺需要一段较长的装备时间功耗较大，再次激光陀螺还可以自动显示

并输出信号，可以实现自动控制。

1970年，美国Corning玻璃公司制成世界第一根20Db/km的光纤，从而为光学和

光电子学奠定了一个新的里程碑。1977年，美国海军研究所第一个开始了光纤传感器系

统的研究。光纤陀螺的研究规模与水平首推美国，其次德国。光纤陀螺的问世，将陀螺

仪带入一个新的时代——光纤时代，从而也标征了第三代陀螺仪的诞生。

我国也非常重视光纤陀螺技术的研究，上世纪80年代后,许多大学和研究所相

继启