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2.5 本章小结 17
3 陀螺仪辅助的磁北定向技术 19
3.1 MEMS陀螺仪原理及其误差模型 19
3.2 陀螺仪辅助的磁北定向技术 22
3.2.1 卡尔曼滤波简介 22
3.2.2 设计卡尔曼滤波器 23
3.3 本章小结 26
4 仿真及实验结论 27
4.1 无磁场干扰时用磁罗盘补偿陀螺仪 27
4.2 有磁干扰时用补偿后的陀螺仪测量航向角 31
4.3 实验结论 33
5 总结与展望 34
致 谢 35
参考文献 36
1 绪论
1.1 研究背景和意义
航向测量技术是现代科学技术中的一门重要技术，基于地磁测量的数字磁罗盘已经在航空、雷达通信、车辆导航等许多领域得到了广泛的应用，而且数字磁罗盘具有良好的抗冲击性、结构简单、体积小、重量轻、启动快、成本低等优点，但是数字磁罗盘已受到外界磁干扰。
数字磁罗盘系统采用三轴磁场传感器测量地磁场在载体三个轴的分量，从倾斜传感器获取俯仰角和倾斜角信号，用微处理器来解算出磁航向。数字磁罗盘系统首次摆脱了复杂的机械结构，不仅可靠性大增，测量精度也大幅度提高，体积更小，更加轻便，同时成本也大幅度下降。
数字式磁航向系统的另一个优势体现在罗差补偿方面，采用微处理器的磁罗盘的罗差补偿不需要添加任何硬件，通过微处理器就能补偿大部分的罗差。数字磁罗盘系统的突出优点使其成为微处理器出现后磁航向系统研究的热点。我国在这方面的研究开展的比较早，例如西北工业大学开发的应用于无人机上的两轴捷联数字式航向系统，1993年通过原航空工业总公司鉴定，此后国内研究的多种型号的无人机都陆续使用了类似的磁航向系统，这些磁航向系统使用的传感器均为磁通门传感器。1995年，Honeywell公司的磁阻传感器进入国内市场，基于磁阻传感器的数字磁罗盘具有体积小、重量轻等优点，也称为微小型智能数字磁罗盘。Honeywell公司的HMR系列固态数字磁罗盘，精密导航公司的TCM系列数字磁罗盘等等，其中的磁传感器均为磁阻传感器，采用微硅技术制造，整体重量＜100克，航向精度更能高达1°。
目前，对于数字磁罗盘来说，仪表自身的误差和环境磁场的干扰是影响磁航向精度的两个重要因素。其中由于环境磁场干扰造成的罗差是最难控制盒补偿的误差。因此罗差补偿成为了数字磁罗盘的研究热点和关键技术。
陀螺在任何环境下都具有自主导航的能力，而MEMS陀螺凭借着体积小、重量轻的优点被大量应用于测量运载器的加速度、角加速度的变化。1988年美国Draper实验室发表了第一个微机械加工的挠性梁框架式陀螺，从此以后，各种新结构的微机械陀螺不断涌现，大致可以分为两类：石英音叉陀螺和硅微机械陀螺。由于在制作工艺、敏感原理、器件结构、外围电路等方面的优化，其性能指标不断提高。
从目前报道的各种微机械陀螺的性能指标看，某些性能指标已经做得很高了，例如分辨率和零偏稳定性等，如挪威SENSONOR公司生产的高精度三轴MEMS陀螺仪的零偏稳定性仅为0.5°/hr，性价比优于同精度等级FOG光纤陀螺。但是，在许多场合，对器件性能的要求是多方面的，例如温度稳定性、抗冲击性能、动态范围等，这些还需要进一步研究。
国内很多高校和研究所也开展了MEMS陀螺仪的研究工作，在研制、驱动/检测模态分析以及检测电路的设计等方面取等一定的成绩。
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