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毕业论文-简易微机械陀螺寻北仪，共56页，26688字
中文摘要
快速化小型化一直是近来惯性寻北研究的热点和难点，微机械陀螺具有低成
本、中精度、微尺寸、低功耗、抗高过载、高可靠性等优点，但由于其漂移大，
噪声大等特点一直被认为不能用于寻北测量。本文以实际工程应用为背景，对微
陀螺的漂移和噪声进行软件滤除和补偿，提出了一种新的动态寻北方案和解算算
法，实现了低精度微机械陀螺寻北。论文主要工作如下：
1) 提出微机械陀螺寻北方案和解算方法：首先以一定速度对陀螺进行连续旋转
调制，将其输出的近似正弦波通过数字 butterworth 滤波，样条插值后，进
行相关解调，使得解调后的零偏稳定性在 1°/h 以内。再利用最小二乘参数
估计得出初始时刻的正弦相位，即得到寻北角度，连续三次测量求其平均值。
2) 依照上述算法设计实验方案，选取零偏稳定性为 20°/h 的微机械陀螺进行实
验验证，为了提高寻北测试的智能化和实时性，编写了寻北测试 VC 程序和解
算用户界面。
3) 进行了大量的重复精度和相对精度实验，利用统计方法对实验结果进行分析，
证明该算法可以在 15 分钟之内达到 1°左右的寻北精度。
此方法会大大提高微机械陀螺寻北精度，实现了低精度、低成本微机械陀螺
中精度寻北，开拓了微机械陀螺的应用领域，并对之后的惯性陀螺寻北工作有一
定的借鉴意义。
关键词：微机械陀螺；动态寻北；最小二乘法；寻北精度

目录
第 1 章 引 言 ..1
1.1 课题研究背景 ...1
1.2 课题意义及研究目的 .2
1.3 寻北算法调研 ...3
1.4 课题研究思路 ...5
第 2 章 陀螺寻北方案设计 ........7
2.1 捷联式陀螺寻北原理 .7
2.2 动态连续旋转调制原理 ......9
2.3 调制频率选择 .10
2.4 采样频率的选择 ......11
2.5 解调方法 ........12
2.6 小结 .......14
第 3 章 动态寻北算法和数据处理 ....15
3.1 温度补偿 ........15
3.2 数字滤波 ........18
3.2.1 原始输出 ....18
3.2.2 滤波方式的选择 .18
3.2.3 滤波器的设计 .....19
3.2.4 滤波后输出波形 .21
3.3 初始位置确定 .22
3.4 样条插值 ........23
3.5 相关检测 ........24
3.5.1 频谱分析 ....24
3.5.2 零偏不稳定性分析 .......25
3.6 最小二乘参数估计 ..26
3.7 小结 .......27
第 4 章 实验方案设计 .....29
4.1 实验装置选择 .29
4.1.1 实验用陀螺 29
4.1.2 实验用转台 29
4.2 实验步骤 ........31
4.3 测试程序设计 .31
4.4 陀螺寻北计算人机交互界面 .....34
4.5 小结 .......35
第 5 章 实验结果分析 .....36
5.1 重复精度实验 .36
5.1.1 实验结果 ....36
5.1.2 数据分析 ....37
5.2 绝对精度实验 .39
5.2.1 实验结果 ....39
5.2.2 数据分析 ....40
5.3 寻北时间 ........41
5.4 误差分析 ........43
5.4.1 转动误差 ....43
5.4.2 陀螺误差 ....44
5.5 小结 .......45
第 6 章 结论 ..46
6.1 结论 .......46
6.2 创新工作 ........47
6.3 后续工作 ........47
插图索引 49
表格索引 51
参考文献 52
致 谢 ......54
声 明 ...
附录 A 外文资料的调研阅读报告（或书面翻译） 1
附录 B 寻北计算程序 ....... 13
附录 C 寻北测试应用程序（部分） ... 16