基于惯性元件的车辆轨迹测量系统设计

发布时间：2017-06-29 17:25

  本文关键词：基于惯性元件的车辆轨迹测量系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的发展,科技的进步,人们的日常生活已经离不开汽车的应用。由于车辆的增多,公路上的交通事故也频繁发生。因此,研究汽车轨迹的测量系统对汽车的行驶安全具有重要意义。本论文以实际应用为背景,研究了惯性测量系统在汽车行驶中的应用,提出了捷联惯性车辆轨迹测量系统的设计方案。捷联惯性测量系统完全是依靠自身的惯性元件来完成车辆轨迹的测量任务,不需任何外界信息,而且具有隐蔽性、抗干扰等优点。因此,研究惯性车辆轨迹测量系统对国家的汽车发展战略具有重要的意义。本文首先对捷联惯性导航技术进行研究,分析了惯性导航的基本工作原理,给出了速度、姿态、位置的算法方程和误差方程。同时利用惯性导航的误差方程,进行卡尔曼滤波的误差最优估计。本文在实物部分设计了一套捷联惯性车辆轨迹的数据采集系统,该系统以STM32为核心处理器,并结合一些外围电路的设计,其中外围电路包括基于AMS1117-3.3芯片的电源电路为数据采集系统供电;同时也包括JTAG程序下载端口,使程序在STM32处理器中运行;设计了基于MAX232的串口电路,实现了PC机和数据采集模块电压的转换;另外,也包括系统工作时所必须的时钟电路、复位电路。本文采用基于ADXRX150的陀螺仪模块,为数据采集系统提供角速度数据;同时采用基于MMA1260D的加速度计模块,为数据采集系统提供加速度数据。其次,利用车辆轨迹测量系统采集模块采集小车行驶的加速度和角速度数据,并将数据保存于PC机中。最后,运用捷联惯性导航算法进行计算,能够准确的得出小车的位置信息。通过对小车轨迹的误差分析可知,误差都在允许的范围内,说明本文给出的捷联惯性车辆轨迹测量系统在实际生活中是可行的,具有一定的可用性。
【关键词】：惯性导航系统 陀螺仪 加速度计 车辆轨迹
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U495;U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景与意义8-9
• 1.2 惯性导航的国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国外研究状况9-11
• 1.2.2 国内研究状况11-12
• 1.3 论文的主要内容与工作安排12-13
• 第2章 捷联惯性导航系统工作原理13-24
• 2.1 捷联惯性导航系统概述13-16
• 2.1.1 惯性导航常用坐标系13-14
• 2.1.2 坐标系之间的相互转换14-16
• 2.1.3 参数说明16
• 2.2 捷联惯性导航基本方程16-19
• 2.2.1 惯性导航速度方程17-18
• 2.2.2 惯性导航工作原理18-19
• 2.3 捷联惯性导航系统的数学建模19-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 车辆轨迹测量系统硬件设计24-38
• 3.1 车辆轨迹测量系统设计框图24-25
• 3.2 车辆轨迹测量系统硬件电路设计25-32
• 3.2.1 数据采集硬件电路25-26
• 3.2.2 车辆轨迹测量系统电源电路26-27
• 3.2.3 车辆轨迹测量系统时钟电路27-29
• 3.2.4 车辆轨迹测量系统复位电路29
• 3.2.5 车辆轨迹测量系统JTAG电路29-31
• 3.2.6 串口电路设计31
• 3.2.7 UART模块31-32
• 3.3 车辆轨迹测量系统计算机32
• 3.4 加速度计与陀螺仪模块32-34
• 3.4.1 陀螺仪模块33
• 3.4.2 加速度计模块33-34
• 3.5 车辆轨迹测量系统电路的布线与设计34-36
• 3.6 小车的系统组成36-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第四章 车辆轨迹测量系统软件设计及实现38-54
• 4.1 数据采集系统软件设计38-40
• 4.2 车辆轨迹测量系统算法模型40-42
• 4.3 捷联惯性测量系统的误差模型42-45
• 4.3.1 姿态角误差方程42-43
• 4.3.2 速度误差方程43-44
• 4.3.3 位置误差方程44-45
• 4.4 卡尔曼滤波在轨迹测量中的应用45-48
• 4.4.1 卡尔曼滤波器的应用形式45-46
• 4.4.2 卡尔曼滤波算法46
• 4.4.3 卡尔曼滤波理论模型46-48
• 4.5 车辆轨迹实现结果及分析48-53
• 4.5.1 小车初始实验数据49
• 4.5.2 小车运行轨迹的结果分析49-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 结论54-55
• 参考文献55-58
• 在学研究成果58-59
• 致谢59

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