张玉莲，储海荣，张宏巍，张明月，陈　阳，李银海

(中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033)



MEMS陀螺随机误差特性研究及补偿

张玉莲*，储海荣，张宏巍，张明月，陈阳，李银海

(中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033)

摘要：为了提高MEMS陀螺输出角速度的精度，采用Allan分析法以及Kalman滤波算法对MEMS陀螺仪进行随机误差分析和补偿。由Allan方差分析陀螺的输出数据，对Allan方差进行最小二乘法拟合，得到各项随机噪声的定量评价指标；对陀螺的输出数据使用AR模型进行数学建模，采用AIC准则确定了AR模型的阶次，建立了陀螺零漂数据的离散时间表达式；在AR模型所建立的陀螺随机误差模型的基础上，设计了Kalman滤波器，对陀螺输出数据使用Kalman算法进行了滤波处理，对陀螺的随机误差进行了补偿；通过Allan方差对Kalman算法对陀螺随机误差的补偿效果进行分析。实验结果表明：角速率随机游走Kalman滤波前为0.148 ，Kalman滤波补偿后为，通过补偿可减小97.24%的角速率随机游走误差；零偏不稳定性Kalman滤波前为1.940 8°/h，Kalman滤波补偿后为0.054 2°/h，通过补偿可减小97.21%的零偏不稳定性误差；速率随机游走Kalman滤波前为2.698 ，Kalman滤波补偿后为0.334 ，通过补偿可减小87.61%的速率随机游走误差。Kalman滤波适用于MEMS陀螺的滤波处理，可有效降低陀螺的随机误差。

关键词:MEMS陀螺；随机误差；Allan方差；AR模型；Kalman滤波

1引言

武器系统中的捷联惯导系统(SINS)一般采用MEMS陀螺仪来获取飞行器的角速度信息。MEMS陀螺具有成本低、体积小、功耗低、重量轻及可靠性高等优势[1-3]，在无人机、精确制导导弹等领域具有广泛的应用前景。……