[发明专利]适用于带斜置光纤陀螺的MEMS惯组的数据融合方法

说明书

本发明公开了一种适用于带斜置光纤陀螺的MEMS惯组的数据融合方法，本发明的算法是针对单轴FOG和MEMS惯组的冗余结构进行设计，其中，所述FOG敏感轴与所述MEMS惯组的三个测量轴等夹角安装；所述MEMS惯组包括：集成在一起相互正交的三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计；方法包括：S1：利用灰色预测模型对MEMS陀螺进行误差补偿；S2：将FOG分别与MEMS陀螺和MEMS加速度计进行结合，并采用部分反馈式联邦滤波器进行滤波处理，同时，调整所述部分反馈式联邦滤波器的反馈系数，将FOG的输出和MEMS惯组进行数据融合。本发明提供的方法能够有效提高整个惯组的精度。

技术领域

本发明涉及低精度惯组和高精度惯导器件的冗余方法研究技术领域，更具体的说是涉及一种适用于带斜置光纤陀螺的MEMS惯组的数据融合方法。

背景技术

随着微机械制造技术、微纳米技术和集成光学技术的高速发展，微机电(MEMS)惯性传感器组成的惯性测量单元(简称MEMS惯组)得到广泛的重视和快速发展，拓宽了惯性技术的应用领域。

MEMS惯组一般由MEMS陀螺和MEMS加速度计组成，具有体积小、重量轻、易于批量生产、成本低等优势，在普通民用及某些无人系统导航领域迅速得到普及应用。但是其缺点也比较明显：精度相对较低。具体来说，MEMS加速度计加工与设计技术发展相对于MEMS陀螺较快，MEMS加速度计目前来说，精度可达几十μg，但由于受到目前的工艺水平、检测电路等条件的限制，MEMS陀螺的精度普遍较低，而且单个MEMS陀螺的精度已提升到一个阶段性的极限，这成为制约其在高精度测量领域应用的主要因素。提高MEMS陀螺的测量精度，得到较准确的导航信息，是拓展MEMS惯组应用领域最直接、最有效的手段。但由于MEMS载体所处环境因素如温度、振动和磁场等的不确定性，使得MEMS陀螺的动态特性造成严重的非线性、时变性以及不确定性，仅利用各种误差补偿方法对MEMS陀螺精度的提升作用非常有限。

因此，如何有效提高低成本的MEMS惯组的精度是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于带斜置光纤陀螺的MEMS惯组的数据融合方法，利用灰色预测模型改进MEMS陀螺的角速度输出值，再将MEMS陀螺与光纤陀螺FOG进行结合，采用部分反馈式联邦滤波器进行滤波处理，同时，通过调整联邦滤波器的反馈系数，将光纤陀螺的惯性信息输出与MEMS惯组进行数据融合，进一步减少系统误差，提高系统精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于带斜置光纤陀螺的MEMS惯组的数据融合方法，本发明的算法是针对单轴FOG和MEMS惯组的冗余结构进行设计，其中，所述FOG敏感轴与所述MEMS惯组的三个测量轴等夹角安装；集成在一起相互正交的三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计；

所述方法包括：

S1：利用灰色预测模型对MEMS陀螺进行误差补偿；

S2：将所述FOG分别与所述MEMS陀螺和所述MEMS加速度计进行结合，并采用部分反馈式联邦滤波器进行滤波处理，同时，调整所述部分反馈式联邦滤波器的反馈系数，将FOG的输出和MEMS惯组进行数据融合。

优选的，步骤S1具体包括：

设MEMS陀螺的角速度输出值为x⁽⁰⁾(i),i＝1,2,…n，递增累加生成1-AGO新序列：

其中，x⁽¹⁾(1)＝x⁽⁰⁾(1)，为MEMS陀螺第1个角速度输出值；x⁽¹⁾(k)表示第k个角速度预测值，可得到自适应残差式灰色预测模型：

式中，a表示灰色预测模型发展系数，b表示灰色预测模型控制参数；