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《應用科技雜志》2015年第一期

1新型冗余配置方案設計

本設計選用美國ADI公司的ADIS16405作為基本單元構成RIMU，ADIS16405是一款完整的三軸陀螺儀、磁力計與加速度計慣性檢測系統，可提供校準的數字慣性檢測，其傳感器軸向示意圖如圖1所示。慣性傳感器在各個軸上執行精密對準，并對失調和靈敏度進行校準。嵌入式控制器可以動態補償對MEMS傳感器的所有主要影響，因此能夠在無需測試、電路或用戶干預的情況下保證高度精確的傳感器輸出。取用三個IMU分別安裝在正四面體兩個側面及底面上，構成RIMU的整體設計。底面中心處安放IMU＿1，兩個側面中心處分別安放IMU＿2、IMU＿3，為方便安裝，IMU模塊均固定在子電路板上。三個IMU通過排線方式與主電路板相連接，根據系統的使用需求，選用Altera公司的CycloneⅢ系列EP3C10E144A7芯片。RIMU整體設計圖如圖2。經過計算，此種冗余配置方式的角速率測量精度比傳統的正交配置的測量精度提高了近2倍［4］。在保證角速率測量功能的前提下，該冗余配置方式共有455種測量工作模式來保證其故障容錯性能，而且在慣性器件（陀螺或加表）發生故障后系統有足夠多故障重構方案。為了提高RIMU的性能，需要對器件的誤差進行標定。

2多余度IMU誤差模型

2．1常值誤差由n個慣性器件組成的RIMU，其常值誤差引起的測量誤差。

2．2標度因數誤差標度因數誤差引起的測量誤差是由于慣性器件的真實標度因數與測試得到的標度因數不一致而造成的。

2．3安裝誤差安裝誤差引起的測量誤差是由于各慣性器件在裝配時與器件設計位置之間存在著安裝誤差引起的［7］。

2．4慣性器件誤差模型通過上述分析得知，測量誤差由常值誤差、標度因數誤差與安裝誤差組成。

3冗余標定算法研究

針對MEMS陀螺精度低敏感不到地球自轉角速度的情況，利用實驗室轉臺通過設定相應命令為其提供一定的角速率，采集系統輸出數據，進行標定［9］。而加表則可通過敏感重力加速度G進行標定［10］。具體標定方法如表1所示。下面進行試驗驗證，針對該MEMS⁃IMU冗余慣性系統，標定試驗具體步驟為：將該系統安裝在轉臺上，以該系統底面安裝的IMU的x、y、z軸所在方向為參考正交坐標軸，通過位置命令分別使x、y、z軸指天、指地，以一定的角速率ω0＝10°／s轉動轉臺外框，分別采集并保存1s的陀螺和加表數據，經過仿真分析，表3給出了陀螺誤差標定結果。試驗表明，加表標定精度能達到2mG，而陀螺的標定精度為0．05°／s，可有效的進行誤差補償。

4結論

提出了一種新型冗余慣性測量單元，以子IMU作為基本組成單元，不同于以往以單個慣性器件為基本組成單元。該RIMU便于構造，易于維修，且成本較低，精度和可靠性較高。同時分析了該系統的誤差模型，提出了一種冗余標定方法，并通過試驗驗證該標定方法簡單可靠，并能有效進行誤差補償，標定精度較高，對實際的捷聯慣性導航工程系統也有很好的參考價值。

作者：邵玉萍何昆鵬單位：哈爾濱工程大學自動化學院