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基于Allan方差的MEMS陀螺仪随机误差辨识与抑制

Random error identification and suppression of MEMS gyroscope based on Allan variance

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【作者】 马群王庆阳媛盛浩

【Author】 MA Qun;WANG Qing;YANG Yuan;SHENG Hao;School of Instrument Science and Engineering,Southeast University;School of Computer Science and Engineering,Beihang University;

【通讯作者】 王庆;

【机构】 东南大学仪器科学与工程学院北京航空航天大学计算机学院

【摘要】 为了提高某型微机电系统(MEMS)陀螺仪输出精度,静态采集该型MEMS陀螺仪原始数据,通过Allan方差分析法,对陀螺仪随机误差成分进行辨识;以z轴输出为例,利用时间序列分析法,建立其随机误差的自回归滑动平均(ARMA)模型。根据拟合后的模型参数设计卡尔曼滤波器,对原始数据进行滤波处理,再对预滤波后的数据进行Allan方差分析。结果表明:滤波后的量化噪声、角度随机游走、零偏不稳定性误差系数分别减小了2. 8%,19. 8%和8. 1%。卡尔曼滤波器能够有效抑制MEMS陀螺仪的随机误差,提高输出精度。

【Abstract】 To improve the output precision of a certain type of micro-electro-mechanical system( MEMS)gyroscope,the raw data of the MEMS gyroscope are acquired in static state. The Allan variance analysis method is applied to identify the components of random errors of the gyroscope. An auto-regressive and moving average( ARMA) model of z axis output is built by time series analysis method. Kalman filter is designed based on fitted model parameters to process the raw data,after which,the Allan variance analysis is performed on the pre-filtered data. The result shows that the error coefficients of quantization noise( QN),angular random walk( ARW) and bias instability( BI) decrease by 2. 8 %,19. 8 % and 8. 1 % respectively,Kalman filter can restrain random errors of MEMS gyroscope and improve its precision effectively.

【基金】 国家重点研发计划资助项目(2016YFB0502103);国家自然科学基金资助项目(61601123);江苏省自然科学基金资助项目(BK20160696)
  • 【文献出处】 传感器与微系统 ,Transducer and Microsystem Technologies , 编辑部邮箱 ,2019年06期
  • 【分类号】TH824.3
  • 【被引频次】29
  • 【下载频次】745
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