基于MEMS陀螺仪的寻北定向关键技术研究及其系统实现

发布时间：2017-12-24 22:26

本文关键词：基于MEMS陀螺仪的寻北定向关键技术研究及其系统实现　出处：《电子科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：快速化小型化一直是近来惯性寻北研究的热点和难点,微机械陀螺具有低成本、中精度、微尺寸、低功耗、抗高过载、高可靠性等优点。基于MEMS陀螺仪的寻北系统可以减小成本低,缩小体积,降低使用难度等优点。本文以实际工程应用为背景,详细阐述了一套基于MEMS陀螺仪的低成本的寻北系统的设计与实现,根据系统的需求和指标,本文首先阐述了寻北的关键技术及寻北的常见方案,并且针对本文所设计的寻北系统提出本系统的寻北方案。本文详细阐述了寻北系统的设计与实现,包括系统总体设计、硬件设计及上位机的设计与实现。硬件的设计与实现为传感器的测量提供了硬件平台,也可以按预定的程序执行上位机的指令。为了能使系统在任何地点进行测量,本系统加入了GPS定位,获取当前位置的经纬度,无需另外单独测量。本系统设计了上位机,上位机通过串口和下位机进行通信,上位机实现整个系统的初始化、寻北系统的控制以及寻北算法解算等功能。误差的消除是本课题研究的一项重要内容,根据本课题所使用的陀螺仪和加速度计,分析了它们的误差,针对陀螺仪和加速度的系统确定性误差,设计了陀螺仪和加速度计的现场标定算法。经过分析可知,低成本MEMS陀螺仪和加速度计的时变零偏较小可以忽略,所以只标定固定零偏。不借助其他设备就可以速标定传感器的尺度因子、零偏等,本课题设计了标定算法。针对陀螺仪和加速度计的随机噪声比较大的问题,本课题利用小波变换对随机噪声进行滤波,滤波前后的都通过Allan方差对比了白噪声强度。为了降低硬件成本,本系统将传感器的误差建模、信号滤波以及寻北解算等数据处理部分放在上位机中进行,有效的减小了下位机的体积及成本。最后针对本系统做了系统实验,验证了系统设计符合指标要求,达到了预期效果,通过实验数据修正了寻北结果,进一步提高了精度。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96

【参考文献】