基于MEMS与GPS的微小型航姿系统设计与实现

发布时间：2020-06-16 22:31

【摘要】：航姿参考系统是为无人机提供姿态信息的机载航电系统之一,其输出的姿态信息是确保飞行器安全飞行的关键。传统的航姿参考系统体积较大而且成本较高,不适合在微小型无人机上使用,考虑到系统的体积、成本以及应用对象,本文设计了基于微惯性器件与GPS组合的微小型航姿系统,论文主要围绕着微惯性器件与GPS组合的测姿算法和系统硬件实现与软件实现等一系列航姿系统的关键技术展开研究。论文介绍了航姿系统的基础原理,分别说明了微惯性器件姿态解算的基本算法和GPS的定位原理,并在此基础上,提出了基于扩展卡尔曼滤波的微惯性器件和GPS的组合测姿解算算法,并推导出组合测姿解算算法的状态方程和量测方程,最后通过使用Matlab仿真软件对所设计的组合测姿解算算法进行仿真,证明了该算法满足微小型航姿系统的要求,为航姿系统提供了可行的算法基础。在分析了组合测姿的系统原理的基础上,根据航姿系统的具体要求,分别完成了微小型航姿系统的硬件与软件设计方案。硬件电路以“DSP+MEMS+GPS”的架构为基础思想,设计了以TMS320F28377为核心处理器,九轴微惯性传感器芯片MPU9250为微惯性测量单元,国产化GPS模块UM220-III为GPS测量模块的系统硬件方案。软件设计则是以CCS(Code Composer Studio)为开发环境,采用模块化思想将整个航姿系统的软件分为初始化硬件模块、微惯性器件数据测量模块、GPS数据测量模块、姿态信息数据处理模块以及姿态信息显示模块,实现航姿系统的实时测姿与显示等功能。论文最后给出了系统的硬件电路调试和软件调试,证明了微惯性器件与GPS正常工作并准确的输出数据,同时上位机界面也可以接收解算后的姿态数据并显示,并且对航姿系统进行联合调试,分别验证了组合航姿系统在静态与动态的条件下,均可以完成对姿态的实时跟踪,证明了本次设计可以完成测量航姿的目的,满足航姿系统的测量要求,达到了预期目标。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279;V243
【图文】：

图 1.1 AH2100 航姿系统 图 1.2 MTI-G 航姿系统内的科研院校近些年来也展开了大量对于 AHRS 的研究，并取得了一定技术上的其中以清华大学，上海交通大学，东南大学为代表，根据无人机的应用特点，采MU/GPS 组合模式，设计出低成本的组合导航系统，并且其定位误差小于 15m[16]。业大学也针对低成本的基于 MEMS 航姿系统进行了深入的研究，设计了一种基量的地磁滤波技术的微型 AHRS 算法，并对算法进行仿真，验证了算法的可行性国科学院也从对 AHRS 算法的设计入手，首创了一种改进的自适应 SRUKF 算法，度的增加航姿系统输出信息的准确性[18]。论文主要内容及章节安排文主要研究设计了基于 MEMS/GPS 的微小型航姿系统，实现航姿系统体积小，，可靠性较高等要求。在 DPS+MEMS+GPS 的系统硬件框架基础上，设计了组合姿算法，完成系统软件设计，最后验证航姿系统的基本功能。论文总共分为五章，节的具体内容如下：一章：首先介绍了本课题研究的背景和意义，并且介绍了 MEMS 传感器技术的

图 1.1 AH2100 航姿系统 图 1.2 MTI-G 航姿系统内的科研院校近些年来也展开了大量对于 AHRS 的研究，并取得了一定技术上的其中以清华大学，上海交通大学，东南大学为代表，根据无人机的应用特点，采MU/GPS 组合模式，设计出低成本的组合导航系统，并且其定位误差小于 15m[16]。业大学也针对低成本的基于 MEMS 航姿系统进行了深入的研究，设计了一种基量的地磁滤波技术的微型 AHRS 算法，并对算法进行仿真，验证了算法的可行性国科学院也从对 AHRS 算法的设计入手，首创了一种改进的自适应 SRUKF 算法，度的增加航姿系统输出信息的准确性[18]。论文主要内容及章节安排文主要研究设计了基于 MEMS/GPS 的微小型航姿系统，实现航姿系统体积小，，可靠性较高等要求。在 DPS+MEMS+GPS 的系统硬件框架基础上，设计了组合姿算法，完成系统软件设计，最后验证航姿系统的基本功能。论文总共分为五章，节的具体内容如下：一章：首先介绍了本课题研究的背景和意义，并且介绍了 MEMS 传感器技术的

【参考文献】

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本文编号：2716684