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陀螺寻北仪是一种利用陀螺仪惯性原理实现自主寻北的仪器,它能够实现全天候、全方位、自主、快速的方向测定,具有精度高、连续工作时间长等优点。微机电系统(micro electro mechanical systems,MEMS)陀螺仪具有体积小、强抗冲击振动、成本低、可靠性高等传统惯性传感器所不兼具的优点,因此,基于MEMS陀螺仪的井下寻北系统成为一个很有潜力的发展方向。鉴于单轴MEMS陀螺仪测量精度低、受井下复杂环境影响及常见寻北方法不适用的局限性,论文提出了一种旋转在线校准方案实现三轴MEMS陀螺仪的井下寻北,主要工作如下:1.阐述了基于三轴MEMS陀螺仪井下寻北的研究背景及意义;概述了国内外寻北技术的研究现状,包括罗经式寻北仪、捷联式陀螺仪寻北仪及MEMS陀螺寻北技术的发展现状。概述寻北技术及MEMS陀螺的原理,并分别介绍二位置寻北、四位置寻北、多位置寻北以及连续动态寻北方案。基于此,论文展开了基于三轴MEMS陀螺仪井下寻北的旋转在线校准研究,本方案具有漂移小、成本低等优势。2.分析三轴MEMS陀螺仪的噪声来源,通过Allan方差分析法对三轴MEMS陀螺仪约1小时的静态数据进行分析,得到各项噪声源的误差系数,且量化噪声占主要因素。通过卡尔曼滤波对MEMS陀螺仪原始数据的滤波处理,量化噪声系数和角度随机游走系数降低1~2个数量级,其他噪声系数略微下降。针对三轴MEMS陀螺仪受安装误差影响,提出改进的标定算法,测量精度提高约2个数量级;针对三轴MEMS陀螺仪受温度漂移影响,运用改进灰色预测模型及最小二乘法对零偏进行温度补偿,MEMS陀螺仪零偏的平均绝对误差减小到0.4806mV。3.利用三轴MEMS陀螺仪数据通过四元素法进行更新获得实时的姿态角信息,再通过旋转控制系统对姿态角进行转位控制及寻北值的确定,实现―在线‖校准研究。从四种情况展开三轴MEMS陀螺仪井下寻北的旋转在线校准实验设计,通过实验结果的对比分析,寻北结果的最大均方根误差和最大平均绝对误差分别为0.9067°和0.9100°,验证了旋转在线校准方案的可行性,精度高,且重复性好。