基于复合传感器的航向姿态测量技术研究

发布时间：2017-12-09 05:26

  本文关键词：基于复合传感器的航向姿态测量技术研究

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【摘要】：随着当今社会的发展和进步,微电子机械系统也由于其微型化、将硅作主要材料,使其机械电子性能良好、能大量生产、集成化、多学科交叉、功耗低和动态范围宽等优点,被广泛应用于测量领域。航向姿态测量系统是测量领域在惯性技术发展的一个方向。航向姿态测量系统主要是对载体进行姿态和航向的测量,从而达到了对载体的导航和控制。本文简略地介绍航向姿态测量系统的发展、应用及组成。且提出了一种基于MEMS传感器的航向姿态测量系统,其主要是由MEMS加速度计及MEMS陀螺仪组成。并且分析和处理MEMS传感器的误差产生原因及减小误差的方法与途径。进一步介绍了捷联式姿态测量系统的基本工作原理,其中包括了惯性系统中坐标系的定义、初始对准算法和姿态矩阵更新算法等；并对欧拉角法、四元数法和方向余弦法进行了分析,重点使用了四元数法。MEMS传感器可以较精确地测量出载体在空间坐标系中加速度和角速度。并且根据姿态解算得到载体的姿态,采用小波变换和卡尔曼滤波对误差进行处理,以确保在正常环境下的测量精度和可靠性。通过对MEMS传感器的原理和性能的分析,并综合地考虑系统成本和性能要求等因素,选用了MPU6050传感器作为主要惯性测量器件,HMC5883L作为辅助测量器件,以达到系统测量的需求。本文设计了基于MEMS传感器的航向姿态测量系统的整体方案。系统硬件包括MPU6050和HMC5883L采集模块、Arduino UNO控制模块以及外围辅助模块等。并以ATmega328为CPU实现数据的控制及处理、姿态算法等相关功能。最终,本文对硬软件进行系统的集成、编译、调试和运行,并形成了可实现的航向姿态测量系统。分别对MEMS传感器数据采集实验、初始对准实验和姿态算法实验等相关实验进行验证。结果显示,本次设计的航向姿态测量系统能够正常完成工作,性能基本满足了设计上所要求的。该航向姿态测量系统具备小体积、快响应、低成本、较好的实时性等优点,使其具有不错的应用前景和价值。
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN966;TP212

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 文炜;;基于MEMS技术的惯性测量器件及系统的发展现状和应用[J];飞航导弹;2006年09期

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1 金晓明;光纤捷联惯性组合导航系统的工程设计与实现[D];西北工业大学;2005年

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本文编号：1269257