基于ADuC7026的捷联式惯性导航系统设计

发布时间：2017-10-04 03:16

  本文关键词：基于ADuC7026的捷联式惯性导航系统设计

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【摘要】：捷联式惯性导航系统因其采用数学平台计算导航坐标系而得名,它的惯性测量元件直接固连在运载体上,相对工作环境恶劣。因此深入研究高精度高性能的姿态解算算法和速度位置解算算法,是保证运载体具有高导航精度的关键。本文从理论推导与软硬件设计两个方面进行了捷联式惯性导航系统的研究。本文针对倾转四旋翼飞行器的导航问题,提出了以捷联式惯性导航系统为核心的总体设计方案,在具体实现上选择四元数法为核心计算方法。在此基础上,提出了一种应用在嵌入式平台上的改进的姿态解算算法和运载体速度与位置解算算法,并在以ADuC7026微处理器为核心的运算平台上编写了该算法的解算程序。基于ADuC7026处理器和MPU6050传感器,设计了一个捷联式惯性导航系统的硬件电路。其中包括传感器电路、微处理器电路和输出显示电路三个电路模块。同时对电源电路和通讯接口电路等进行了设计,并以此为基础搭建了一个捷联惯导平台用于实验测试。在捷联式惯性导航系统软件设计方面,提出了一种捷联式惯性导航系统的软件结构。主程序采用两层嵌套循环,内循环用于运算处理数据,外循环用于输出显示结果。此外,设计了传感器滤波函数、四元数计算函数和位置解算函数等程序。为了验证本文研究设计的捷联式惯性导航系统的有效性,首先运用MATLAB软件对改进后的算法进行了仿真验证。其次,使用搭建的捷联式惯性导航平台进行了静止状态和动态测试实验,验证了方案的有效性。
【关键词】：捷联惯导 四元数 ADuC7026 数字信号处理
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.322
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景及意义8-10
• 1.1.1 课题研究背景8-9
• 1.1.2 课题研究意义9-10
• 1.2 国内外发展现状10-11
• 1.3 本文主要研究内容11-13
• 第2章 嵌入式惯性导航系统的优化算法研究13-34
• 2.1 引言13
• 2.2 惯性导航系统设计方案13-15
• 2.2.1 惯性导航系统类型的选择13-14
• 2.2.2 捷联式惯性导航系统的实现方案14-15
• 2.3 姿态解算算法的数学推导及解算15-23
• 2.3.1 四元数算法基础16-17
• 2.3.2 四元数微分方程及其解算17-19
• 2.3.3 改进的四元数优化算法19-23
• 2.4 改进的速度与位置解算优化算法23-30
• 2.4.1 速度解算改进算法24-26
• 2.4.2 位置解算改进算法26-30
• 2.5 系统数学模型的修正30-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 基于ADUC7026的捷联式惯性导航系统硬件电路设计及实现34-41
• 3.1 引言34
• 3.2 硬件总体结构设计34-35
• 3.3 微控制器的选择及其电路设计35-38
• 3.3.1 微控制器的选择35
• 3.3.2 以ADu C7026为核心的总体电路设计35-38
• 3.4 MPU6050的传感器数据采集电路设计38-39
• 3.5 ST7735S液晶显示电路设计39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 基于ADUC7026的捷联式惯性导航系统软件设计及实现41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 软件总体结构设计41-42
• 4.3 软件平台及主程序设计42-44
• 4.3.1 编译软件平台Keil42-43
• 4.3.2 主程序设计43-44
• 4.4 子程序设计44-54
• 4.4.1 传感器数据的采集及滤波程序设计44-47
• 4.4.2 陀螺仪和加速度计的互补滤波设计47-49
• 4.4.3 四元数的计算程序设计49-50
• 4.4.4 四元数的归一化程序设计50-52
• 4.4.5 速度与位置解算程序设计52-53
• 4.4.6 液晶显示程序设计53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 系统仿真与实验结果55-63
• 5.1 引言55
• 5.2 仿真实验分析55-58
• 5.2.1 初始条件设定55
• 5.2.2 捷联惯导系统的仿真设计及实现55-56
• 5.2.3 仿真结果及分析56-58
• 5.3 实验过程及结果58-61
• 5.3.1 静止状态误差实验59-60
• 5.3.2 动态系统测量实验60-61
• 5.4 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68

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本文编号：968311