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
[19]陆阳;高精度加速度计采集单元的设计及关键器件的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年.
[20]马云峰;MSINS/GPS组合导航系统及其数据融合技术研究[D];东南大学;2006年.
[21]任顺清;冯士伟;马向斌;加速度计的全组合标定方法[J];中国惯性技术学报;2007年06期.
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（4）不确定因子的误差标定
（5）角速度和加速度的精确解算
二、拟采用的研究手段
1．测量角速率和加速度
初步拟定利用科里奥利(Coriolis)加速度来测量角速度，科里奥利效应原理如图1所示。假设某人站在一个旋转平台的中心附近，他相对地面的速度用图1箭头的长度所示。如果移动到平台外缘的某一点，他相对地面的速度会增加，如图1较长的箭头所示。由径向速度引起的切向速度的速率增加，这就是科里奥利加速度。设角速度为w科里奥利加速度的一半，另一般来自径向速度的改变，二者总和为2wv旋转平台必须施加一个大小为2Mwv科里奥利加速度，并且该人将受到大小相等的反作用力。的力来产生。如果人的质量为M，该，平台半径为r，则切向速度为wr，如果以速度v沿径向r移动，将产生一个切向加速度wv，这是陀螺仪通过使用一种类似于人在一个旋转平台移出或移入的谐振质量元件，利用科里奥利效应来测量角速度。
[16]苏雪峰;覃方君;许江宁;陈尔明;;一种六加速度计无陀螺惯性导航系统安装误差校准方法研究[J];海军工程大学学报;2007年04期.
[17]周达天;基于多传感器信息融合的列车定位方法研究[D];北京交通大学;2007年.
[18]席晋;加速度计数据采集与温度补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年.
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。
[13]陈世友,李春花;无陀螺捷联惯导系统捷联方案研究[J];航空学报;1999年06期.
[14]张健伟;潘梦鹞;刘桂雄;洪晓斌;;基于GFSIN的车载式智能加速度传感单元的设计[A];广州市仪器仪表学会2009年学术年会论文集[C];2010年.
[15]袁岷;陀螺连续测斜仪首次应用获成功[N];中国石化报;2010年.
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。
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
一、本课题要研究或解决的问题
1．研究的问题
对角速度陀螺信号测量及标定方法研究，进一步对信号的精确采集（加速度和角速率的精确解算）以及误差的准确标定做出系统科学的处理。
2．解决的问题
（1）加速度计的标定因素
（2）陀螺仪在静位零偏的矫正及标定
（3）安装方向向量的误差标定
转速：用每分钟的转数来表示转动的快慢。
符号：n，单位：r/min
角速度与转速两者的换算关系：
ω=2πn/60(rad/s)=30πn/30(rad/s)
角速度：作周运动的质点沿其切线方向的速度，又称圆周速度。
符号：v，单位：m/s。
线速度与角速度之间的关系：v = rω
线速度与转速之间的关系：v = rω =πnd(m/s)
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。
转动刚体上各点速度的分布规律：为线性分布。
2.3加速度的标定
加速度的标定误差会造成陀螺仪相应参数的误差，而且其造成的参数估计值是可观的。
参考文献：
[1]汪小娜;王树宗;朱华兵;;无陀螺捷联惯导系统加速度计安装误差研究[J];兵工学报;2008年02期.
[2]曹咏弘;张慧;范锦彪;;马铁华;祖静;;基于无陀螺惯性测量装置考虑全加速度计安装误差时弹丸姿态优化算法研究[J];兵工学报;2009年02期.
图1科里奥利效应
毕业设计开题报告
指导教师意见：
该同学查阅了大量的文献资料，文献综述部分完整，对毕业设计题目有一定深度的理解；在查阅资料的基础上，设计的实现方案可行，为今后的实际工作打下了良好的基础。
本设计题目难度和深度适中，课题的涉及面较为广泛，需要学习和掌握角速度陀螺的工作原理以及输出信号特点，并设计完成调理电路，给出测试标定方法。本课题工作量适中，经过该学生的努力应该可以按时完成课题规定的设计任务。
目前，我国在无陀螺惯导系统的研究与开发虽然与美国、德国等国家有些差距，但在一些具体领域还是有一定的优势，随着国内相关技术的不断创新与拓展，相信这个差距会越来越小，甚至赶超。
三、本课题相关理论综述
在无陀螺惯导系统中，信号的测量即角速度与加速度的测量。信号的精度由辨识算法、模型结构的确定及可辨识分析等决定，参数的辨识精度取决于测量数据的精确度，因此高精度的测量数据要求有高精度的传感器、测量仪表和测量系统外，还要求传感器及测量仪表的安装和标定误差有关。
[9]昆鹏;MEMS惯性器件参数辨识及系统误差补偿技术[D];哈尔滨工程大学;2009年.
[10]杨华波;惯性测量系统误差标定及分离技术研究[D];国防科学技术大学;2008年.
[11]牟淑志;无陀螺惯性测量组合仿真及实验研究[D];南京理工大学;2007年.
[12]迟晓珠,王劲松,金鸿章,王达明;加速度计的动态特性对无陀螺微惯性测量组合性能影响的研究[J];兵工学报;2004年03期.
[6]李杰;张文栋;刘俊;;基于时间序列分析的Kalman滤波方法在MEMS陀螺仪随即漂移误差补偿中的应用研究[J];传感技术学报;2006年05期.
[7]杨金显;袁赣南;徐良臣;;微机械陀螺测试与标定技术研究[J];传感技术学报;2006年05期.
[8]李杰;洪惠惠;张文栋;;MEMS微惯性测量组合标定技术研究[J];传感技术学报;2008年07期.
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。
2、信号的标定
2.1控制变量的标定
控制变量是引入的一些不确定的标定因子，其对应于致惯导系统产生误差的因素，控制变量标定误差将直接导致相应控制导数有等量的相对误差。
2.2运动变量的标定
刚体定轴运动：刚体运动时，体内有一直线始终固定不动，其作各点都绕此直线作圆周运动。
角速度：表示刚体转动的快慢程度。
符号：ω，单位：rad/s( 弧度/秒)
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。
[3]李杰;洪惠惠;张文栋;;MEMS微惯性测量组合标定技术研究[J];传感技术学报;2008年07期.
[4]赵龙,陈哲;提高无陀螺捷联惯导系统角速度解算精度的新方法[J];系统仿真学报;2003年04期.
[5]丁明理,王祁;无陀螺惯性测量组合研究现状概述[J];中国惯性技术学报;2005年04期.
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动光纤陀螺的研发项目，如航天工业总公司所属13所和上海803所、北京航空航天大学、清华大学、中北大学、浙江大学等，也取得了一定可喜的成绩，如1996年，航天总公司13所成功研制采用Y分支多功能集成光路、零偏稳定性达全数字闭环保偏光纤陀螺，浙江大学和Honeywell公司几乎同时发现利用消偏可提高精度等。国内的光纤陀螺研制水平虽然与国际水平有一定距离，但已具备或接近中、低精度要求，并在近年来开始尝试产业化。