基于MEMS的捷联航姿参考系统性能优化设计与开发

发布时间：2021-08-09 22:23

　　航姿参考系统是军用和民用飞行器、制导武器等必备航电系统,航姿参考系统的输出稳定性与精确性直接影响着飞行器的姿态控制。现代飞行器需要一个小型的航姿参考系统作为主要惯导设备的备份,同时未来先进飞行器要求航姿参考系统向着小体积、低重量、高集成度的方向发展。本课题采用Micro Chip公司的PIC32MX系列的32位MCU作为主控单元,设计了基于MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）惯性器件的航姿参考系统,满足现代飞行器的需求和未来飞行器的发展方向,对我国先进飞行器的飞行性能提高具有显著的工程应用价值和现实意义,其潜在的应用前景和效益非常显著。论文主要工作如下:首先,本文介绍了捷联惯性导航基本理论及工作原理,包括惯性系统中常用的坐标系定义、载体的姿态角与坐标转换、捷联导航算法的分类。其中,重点研究了本文采用的四元数算法。其次,本文结合捷联参考系统微型化、高集成度的特点,建立了系统整体设计方案,以PIC32MZ2048EFM为主控器,以加速度计、陀螺仪、气压计和GPS模块为测量单元,通过EAGLE和MPLAB X IDE集成开发环境,设计了捷联航姿参考系统... 

【文章来源】：西京学院陕西省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

捷联惯性导航系统原理简图

1.3 为捷联惯性导航坐标系变换原理图，图中虚线框内的姿态矩阵、姿态矩姿态角计算共同组成了捷联惯性导航系统的“数字平台”，加速度计和陀固联在运动载体上，biba 是惯性空间加速度在载体坐标系中的投影，bibw惯性度在载体坐标系中的投影，惯性器件测量的数据经过“数字平台”的姿态输出导航系统所需的导航参数。nibabiba

差模型给出的陀螺仪及加速度计的估计误差（包括静态和动态误姿态矩阵计算坐标系转换到导航坐标系的变换余弦矩阵C称为捷联矩阵（T），可以直接得到载体姿态角，所以也称为姿态矩阵[34]，姿态矩阵的核心，通过姿态矩阵的计算为载体解算出导航参数信息。导航解算惯性导航系统利用数字平台将惯性器件的输出信息变换到导航坐法解算得到载体的位置、姿态等导航参数。导航和控制信息的提取导航解算后载体姿态信息，作为载体导航与控制数据。

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新的捷联惯性导航系统姿态四元数方程求解方法[J]. 周召发,胡文,张志利,徐梓皓,陈河.  兵工学报. 2018(03)
[2]浅析卡尔曼滤波理论的发展历史过程[J]. 吴春颖,王娟.  福建电脑. 2017(01)
[3]外军无人系统现状与发展趋势[J]. 薛春祥,黄孝鹏,朱咸军,蒋莹莹.  雷达与对抗. 2016(01)
[4]基于惯性技术的端帮采煤机姿态测量仪设计[J]. 孙伟,闫慧芳,李瑞豹,丁伟.  传感技术学报. 2016(02)
[5]基于MEMS的微型惯性导航技术综述[J]. 杜小菁,翟峻仪.  飞航导弹. 2014(09)
[6]微机械加速度计的研究现状综述[J]. 张霞.  功能材料与器件学报. 2013(06)
[7]MEMS微陀螺仪研究进展[J]. 成宇翔,张卫平,陈文元,崔峰,刘武,吴校生.  微纳电子技术. 2011(05)
[8]全球导航定位系统GNSS的技术与应用[J]. 季宇虹,王让会.  全球定位系统. 2010(05)
[9]MEMS SINS-GPS组合导航系统设计[J]. 马建仓,陈静.  传感技术学报. 2009(10)
[10]微机械陀螺仪的工作原理及其应用[J]. 闫子波,魏鸣.  电子设计技术. 2009(09)

博士论文
[1]硅微机械陀螺仪数字化静电补偿与调谐技术研究和实验[D]. 杨成.东南大学 2017

硕士论文
[1]基于MEMS低成本微型捷联惯性导航系统研究[D]. 王守宽.北京理工大学 2016
[2]基于ARM的捷联惯性导航测量系统设计[D]. 李倩.南京信息工程大学 2015
[3]基于STM32的捷联惯性测量系统设计[D]. 姜建飞.南京理工大学 2014
[4]MEMS微惯性航姿系统的优化设计与集成技术研究[D]. 王小春.南京航空航天大学 2013
[5]基于MEMS陀螺仪的轮式机器人导航控制技术的研究[D]. 蔡咸健.江西理工大学 2012
[6]基于MEMS的惯性导航系统研究与设计[D]. 张晓玉.电子科技大学 2012
[7]基于MEMS器件的姿态测量系统研究与实现[D]. 崔璐璐.大连理工大学 2009
[8]自主式水下机器人的导航系统设计及算法研究[D]. 白丽.中国海洋大学 2009
[9]捷联惯性导航算法及半实物仿真系统研究[D]. 蒋黎星.南京理工大学 2007
[10]DSP及其在捷联航姿系统中的应用[D]. 潘敏.西北工业大学 2003



本文编号：3332907