基于MEMS惯性器件的SINS+GPS导航系统及输入信号研究
论文主要研究如何基于MEMS惯性器件搭建SINS+GPS组合导航系统平台。依靠建立的导航系统对输入的惯性输入器件（陀螺仪）的信号进行了数据分析，讨论了IIR数字低通滤波器对惯性输入器件的信号识别和随机误差的影响。论文首先阐述了导航系统的特点及发展过程，以及近年来惯性器件发展的趋势，分析了基于MEMS惯性器件的SINS+GPS组合导航系统的优势及特点，提出了开发此类组合导航系统的思路。
论文说明了导航系统所需完成的功能，提出了采用模块化方式开发整套系统的原则并说明了其优势和特点。根据器件选型的条件，在设计中参照市场情况和性能价格因素，选择适合的MEMS微机电陀螺(LCG-50)和加速度计(1221J)以及GPS接收模块(OEM4-G2L)作为传感器输入模块。
硬件方面论文着重阐述了数据采集处理模块（基子FPGA: EP2C20和MCU:C8051F064模式），中心处理模块（基于DSP: TMS320C6713模式），外部通讯模块以及电源模块的硬件选型和构成，并给出了相关的电路设计和设计要点，以及硬件可靠性设计的原则。论文中软件部分采用了高级语言和汇编语言混合编程的方式，在保证系统实时性的前提下，提高了开发效率同时增强了系统的灵活性和高效型。文中给出了DSP和MCU的软件运行的流程图，重点描述了操作外部器件(外部寄存器、外部温度侍感器DS18B20)的详细的程序流程，并分析了DSP的中断程序和BOOTLOADER机制。在系统搭建完成后，对整套系统进行了测试，测试表明整套系统能够满足测量、导航计算、通讯、自检测试、仿真测试等设计的功能需求。
论文中还阐述了如何对输入信号进行处理。在已有的导航系统基础上，针对漂移误差大的MEMS陀螺器件进行了标定和静态、动态信号的采集。在MATLAB软件平台下对信号进行了分析，并且根据信号的频率特性，采用软件仿真的方法构造了不同截止频率的IIR巴特沃斯低通滤波器，对陀螺信号进行滤波处理。同时通过使用比较常用的惯性器件误差分析方法-ALLAN方差法对原始信号和滤波信号进行分析，发现系统中的MEMS陀螺仪LCG-50的随机误差主要由角度随机游走、零偏不稳定性、角速率随机游走三部分组成，并给出了相关数据；测试中还发现使用IIR数字低通滤波器对于降低信号的波动性，突出有效信号有一定的效果，低通滤波器截止频率越低，效果越好，而且造成的信号延迟很小，但是滤波器对于降低系统中MEMS惯性器件-陀螺仪LCG50的随机误差没有明显效果。
设计搭建一套基于市场化MEMS惯性器件的SINS+GPS组合导航系统，并且对惯性器件进行信号的分析和研究，不但可以提供一个基于MEMS惯性器件研究开发SINS+GPS导航系统的平台，并且为进一步对MEMS惯性器件进行分析、误差弥补，对SINS+GPS导航算法进行修正甚至整套系统的实际应用提供了一个良好的基础。
中国海洋大学
硕士
电子与通信工程
姬光荣;梁保山
2009
中文
TN967.2
2011-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）