Инерциальные измерительные системы параметров движения объектов на микромеханических датчиках

• Автор: Орлов, Василий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 156 с. : ил.

1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

1 Л. Область применения современных бесплатформенных систем ориентации и навигации

1Л Л. Комплекс радиолокационной разведки наземных целей

для воздушного носителя

1.1.2. Устройства для измерения вертикальной качки

1.1.3. Управление и наведение ракет реактивных систем залпового огня 17 1.2. Бесплатформенные системы ориентации

1.2.1. Бесплатформенная инерциальная навигационная

система БИНС-СП-1

1.2.2. Малогабаритный инерциальный измерительный

модуль Crista IMU

1.3. Микрогироскопы

1.3.1. Гироскопы компании Analog Devices
1.3.2. Г ироскопы Robert Bosch
1.3.3. Гироскопы BEI Systran Donner
1.3.4. Гироскоп SARI 0 компании Infineon
1.3.5. Гироскопы Silicon Sensing Systems
1.3.6. Гироскоп MLX90609 Melexis
1.3.7. Гироскоп Epson
1.3.8. Гироскоп ЦНИИ "Электроприбор"
1.3.9. Микрогироскоп ЗАО "ГИРООПТИКА"
1.4. Микроакселерометры
1.4.1. Акселерометры Analog Devices
1.4.2. Микроакселерометры Freescale Semiconductor {Motorola)
1.4.3. Микроакселерометры MEMSIC
1.4.4. Микроакселерометры ST Microelectronics
1.4.5. Микроакселерометры Honeywell
1.4.6. Микроакселерометры серии "А" ФНПЦ РПКБ
1.4.7. Акселерометры ФГУП "НИИ Физических измерений"
1.4.8. Микроакселерометры ОАО АН1111 "ТЕМП-АВИА"
1.5. Выводы
2. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ
МИКРОГИРОСКОПОВ И МИКРОАКСЕЛЕРОМЕТРОВ
2.1. Структура БИНС и БСО на микромеханических гироскопах и акселерометрах
2.2. Постановка задачи исследования
2.3. Алгоритм калибровки БСО на основе фильтра Калмана

2.4. Оценка влияния конструктивных погрешностей
на общую погрешность БИНС и БСО б
2.5. Выводы
3. ШУМЫ В МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКАХ
3.1. Постановка задачи исследования
3.2. Исследование шума механической части на примере МГ RR-типа
3.3. Собственные шумы операционных усилителей
3.4. Шумовая модель инвертирующего ОУ
3.5. Анализ шумов электронной части микромеханических приборов
3.6. Коэффициент передачи электронной части МГ
3.7. Анализ влияния выбора элементов электронной схемы на шумы электронной части МГ
3.8. Анализ механического шума на примере МГ LL-типа
3.9. Исследование включения разделительного конденсатора
на уровень шума на выходе электронной части
3.10. Исследование шума механической части на примере осевого микроакселерометра
3.11. Выводы по главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКЕТА БСО И МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
4.1 Макет БСО
4.2 Шум на выходе ИМ
4.3 Исследование шумов микромеханических приборов
4.4 Компенсация уходов различными фильтрами
4.5. Сравнение математических моделей шумов
микромеханических датчиков с экспериментальными данными
4.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Результаты моделирования электронной
схемы съёма сигнала
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Акт внедрения результатов диссертационной работы Орлова Василия Алексеевича «Инерциальные измерительные системы параметров движения объектов на микромеханических датчиках»

Развитие современной техники требует все большее количество разнообразных информационно-измерительных систем, необходимых для определения параметров движения и ориентации объектов в пространстве. Требования к уменьшению массы и габаритам данных систем являются первоочередными, так как сами объекты имеют тенденцию к уменьшению своих массогабаритных характеристик.
Широкое развитие и применение гироскопических систем и приборов ориентации и навигации летательных аппаратов (ЛА), судов, подводных лодок, автомобилей, роботов и других подвижных объектов обязано свойству их автономности, которое заключается в том, что приборы и системы, основанные на применении гироскопов и акселерометров, в отличие от радиолокационных и оптических систем ориентации и навигации определяют положение подвижных объектов без каких-либо физических связей с Землёй.
Бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС) и бесплатформенные системы ориентации (БСО) с малыми массой, габаритами и энергопотреблением являются одними из самых востребованных систем ориентации и управления в различных областях техники. На данный момент развитие микросистемной техники, в частности, появление микромеханических акселерометров (МА) и гироскопов (МГ) позволяет создавать миниатюрные БИНС, обладающие малыми массой и габаритами и использовать их в новых областях техники.
Например, наиболее перспективными средствами наземной разведки являются РЛС, размещенные на воздушных носителях (вертолет, аэростат), как позволяющие наиболее полно реализовать их возможности. Однако, по сравнению с РЛС наземного базирования, ввиду того, что воздушный носитель совершает произвольные угловые и линейные перемещения, возникает необходимость в преобразовании координат целей, обнаруженных локатором из системы координат, связанной с носителем в нормальную систему

6(0, со пх + |д/ф + ЬАаь- "л
5соу = ®т/ пу + п<у
5сог ®„2 ®2 пф.
¥х 4 л КX
= 4 +К + Ч°|- л + Пау
5/г 4 л Паг
1 1т I 1т
где ил пЛу пЛ и Ы пау п - векторы шумов ВОГов и акселерометров;
8А* и 5Ааь - матрицы углов перекосов ВОГов и акселерометров;
Ака и Ака - диагональные матрицы ошибок масштабных коэффициентов ВОГ ов и акселерометров;
ю„,., /л; - смещение нулей ВОГов и акселерометров; со., / - калибровочные сигналы.
Процесс калибровки в /-той ориентации поворотно-наклонного стола осуществляется следующим образом. Сначала формируют модели ошибок инерциальных измерителей, добавляя к заданной структуре ошибок инерциаль-ных измерителей сигналы, формируемые генераторами белого шума, таким образом, формируются массивы выходных сигналов ВОГов и акселерометров в /-той ориентации поворотно-наклонного стола в течение трех минут измерения. Затем эти массивы многократно используются при вычислении функций калибровочных коэффициентов ВОГов и акселерометров в режиме постобработки. Итерационный процесс определения данных функций строится с использованием принципа обратной связи и продолжается до тех пор, пока ошибки системы по всем каналам не будут меньше заданных. Имитационное моделирование процесса определения правых частей модели ошибок системы проводилось для случая, когда параметры моделей ошибок инерциальных измерителей имеют следующие значения: а) ВОГ: