基于DSP的磁力计/惯性组合测姿系统设计及算法研究
发布时间：2021-08-19 14:19
传统的利用陀螺仪和加速度计进行姿态测量的方法存在惯性器件误差随时间积累的缺点。地磁场是地球的固有资源,利用地磁场的特性可以将地磁场作为载体姿态测量的参照依据。磁力计可有效地测量地磁场矢量,且磁力计具有无累计误差、响应速度快等特点。因此结合磁力计、陀螺仪和加速度计进行姿态测量可以克服惯性器件累积误差问题,从而提高姿态测量精度。本文在此背景下设计磁力计/惯性组合测姿系统,并就其算法进行研究。主要内容包括:（1）设计测姿系统硬件模块。主要包括对DSP以及传感器测量单元等主要器件进行选型分析,完成硬件电路设计和调试。同时为系统编制上位机软件,实现数据的显示和保存。（2）研究磁力计校正算法。对磁力计误差进行分析,建立了磁力计误差模型。在分析基于最小二乘法的椭球拟合算法的基础上,从椭球拟合残差入手,借助正态分布数学工具,迭代优化处理数据,减少粗差点,改进椭球拟合算法,并完成仿真实验。开展了算法改进前后的对比实验,结果表明,所提出的改进算法补偿磁力计误差效果更好。（3）采用互补滤波姿态解算算法实现了系统测姿功能。开展与传统基于毕卡求解法的四元数姿态解算算法的对比实验,实验结果得出互补滤波算法对姿态的...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TMS320C5509A实物图
图 3-3ADIS16405 实物图设计部分，主要包括电源模块、存储器电路和串口电路等。插孔提供，其中电源插孔 5V P的电流为 1A 以上。系统电压通保险对系统电路进行保护，该保复，从而起到保护电路的作用。采用 AMS1117-3.3 电源转移芯片可靠的主电源 3.3V，并由指示作为 3.3V 转 1.6V 的高性能稳压块原理图如图 3-4 所示：
图 3-10 系统 PCB 图及系统实物图机设计便于系统数据的收集和显示，为本系统设计了上位机。本系统上位机采环境为微软的 Microsoft Visual Studio 2015。C#是微软公司发布的一款程序设计语言，是由 C 和 C++所衍生发展而来，在继承 C 和 C++的强同时，摒弃了它们的一些较复杂特性[55]。同时，微软公司提供了丰富的对象语言的特点，使得 C#语言特别适合用于上位机软件设计。并且 C台编写应用程序，因此在上位机设计方面，较同为面向对象语言的 Jav势（若用 Java 语言编写，则上位机在 JRE 中才能运行）。对上位机的界面进行设计，界面设计图如图 3-11 所示。该上位机显示两个部分，左部分主要为串口设置，通过 5 个 ComboBox 选择相应串口数。串口号通过对系统 IO 串口进行遍历添加到控件，控件下拉选择所需、校验位、数据位和停止位 4 个参数通过提前在 ComboBox 的 Items 属常用的可能性，方便下拉选择。同时还有打开串口的 Button，通过点击
【参考文献】：
期刊论文
[1]An improved quaternion Gauss–Newton algorithm for attitude determination using magnetometer and accelerometer[J]. Liu Fei,Li Jie,Wang Haifu,Liu Chang. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(04)
[2]基于自适应遗传算法的三轴磁强计误差校正方法[J]. 卢兆兴,张金生,王仕成,蔡欣华. 传感技术学报. 2014(03)
[3]三维磁传感器最大似然估计椭球拟合补偿算法[J]. 龙礼,张合,丁立波. 南京理工大学学报. 2013(05)
[4]基于椭球假设的三轴磁强计标定算法改进[J]. 刘艳霞,李希胜,窦晓霞. 计算机测量与控制. 2013(06)
[5]航姿参考系统三轴磁强计校正的点积不变法[J]. 李翔,李智. 仪器仪表学报. 2012(08)
[6]地磁场模型与地磁匹配导航[J]. 孟键,孙付平,朱新慧. 测绘科学. 2010(S1)
[7]惯性/地磁组合导航算法[J]. 蔡洪,郭才发,胡正东. 中国惯性技术学报. 2009(03)
[8]基于磁强计和MEMS陀螺的弹箭全姿态探测[J]. 鲍亚琪,陈国光,吴坤,王晓蓉. 兵工学报. 2008(10)
[9]一种十二位置不对北的磁罗盘标定方法[J]. 郭鹏飞,任章,邱海韬,丁新春. 中国惯性技术学报. 2007(05)
[10]地磁模型与地磁导航[J]. 彭富清. 海洋测绘. 2006(02)
博士论文
[1]基于MARG传感器的AHRS关键技术研究[D]. 李翔.西安电子科技大学 2013
[2]旋转弹体背景磁场模型和地磁姿态测试方法研究[D]. 向超.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]质子磁力仪的标定研究[D]. 王超.吉林大学 2016
[2]基于多MEMS传感器数据融合的组合测姿系统的设计与实现[D]. 姜天宇.东南大学 2015
[3]高精度新型GMI磁强计设计[D]. 吕维维.南京航空航天大学 2015
[4]地磁辅助惯性导航系统研究[D]. 陈冲.哈尔滨工业大学 2014
[5]基于地磁和微惯性器件组合的姿态测量系统研究[D]. 伊程毅.哈尔滨工业大学 2013
[6]MIMU/磁强计航姿参考系统研究[D]. 盛庆轩.国防科学技术大学 2009
[7]MEMS SINS/磁强计组合导航系统设计[D]. 王震宇.哈尔滨工业大学 2007
[8]加速度计/磁强计捷联惯导系统姿态解算方法研究[D]. 李海涛.中北大学 2007
[9]雷达原理演示实验系统的设计[D]. 张洋.哈尔滨工业大学 2006
[10]一维磁通门磁力计的研究[D]. 杨会平.华中科技大学 2005
本文编号：3351572
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TMS320C5509A实物图
图 3-3ADIS16405 实物图设计部分，主要包括电源模块、存储器电路和串口电路等。插孔提供，其中电源插孔 5V P的电流为 1A 以上。系统电压通保险对系统电路进行保护，该保复，从而起到保护电路的作用。采用 AMS1117-3.3 电源转移芯片可靠的主电源 3.3V，并由指示作为 3.3V 转 1.6V 的高性能稳压块原理图如图 3-4 所示：
图 3-10 系统 PCB 图及系统实物图机设计便于系统数据的收集和显示，为本系统设计了上位机。本系统上位机采环境为微软的 Microsoft Visual Studio 2015。C#是微软公司发布的一款程序设计语言，是由 C 和 C++所衍生发展而来，在继承 C 和 C++的强同时，摒弃了它们的一些较复杂特性[55]。同时，微软公司提供了丰富的对象语言的特点，使得 C#语言特别适合用于上位机软件设计。并且 C台编写应用程序，因此在上位机设计方面，较同为面向对象语言的 Jav势（若用 Java 语言编写，则上位机在 JRE 中才能运行）。对上位机的界面进行设计，界面设计图如图 3-11 所示。该上位机显示两个部分，左部分主要为串口设置，通过 5 个 ComboBox 选择相应串口数。串口号通过对系统 IO 串口进行遍历添加到控件，控件下拉选择所需、校验位、数据位和停止位 4 个参数通过提前在 ComboBox 的 Items 属常用的可能性，方便下拉选择。同时还有打开串口的 Button，通过点击
【参考文献】：
期刊论文
[1]An improved quaternion Gauss–Newton algorithm for attitude determination using magnetometer and accelerometer[J]. Liu Fei,Li Jie,Wang Haifu,Liu Chang. Chinese Journal of Aeronautics. 2014(04)
[2]基于自适应遗传算法的三轴磁强计误差校正方法[J]. 卢兆兴,张金生,王仕成,蔡欣华. 传感技术学报. 2014(03)
[3]三维磁传感器最大似然估计椭球拟合补偿算法[J]. 龙礼,张合,丁立波. 南京理工大学学报. 2013(05)
[4]基于椭球假设的三轴磁强计标定算法改进[J]. 刘艳霞,李希胜,窦晓霞. 计算机测量与控制. 2013(06)
[5]航姿参考系统三轴磁强计校正的点积不变法[J]. 李翔,李智. 仪器仪表学报. 2012(08)
[6]地磁场模型与地磁匹配导航[J]. 孟键,孙付平,朱新慧. 测绘科学. 2010(S1)
[7]惯性/地磁组合导航算法[J]. 蔡洪,郭才发,胡正东. 中国惯性技术学报. 2009(03)
[8]基于磁强计和MEMS陀螺的弹箭全姿态探测[J]. 鲍亚琪,陈国光,吴坤,王晓蓉. 兵工学报. 2008(10)
[9]一种十二位置不对北的磁罗盘标定方法[J]. 郭鹏飞,任章,邱海韬,丁新春. 中国惯性技术学报. 2007(05)
[10]地磁模型与地磁导航[J]. 彭富清. 海洋测绘. 2006(02)
博士论文
[1]基于MARG传感器的AHRS关键技术研究[D]. 李翔.西安电子科技大学 2013
[2]旋转弹体背景磁场模型和地磁姿态测试方法研究[D]. 向超.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]质子磁力仪的标定研究[D]. 王超.吉林大学 2016
[2]基于多MEMS传感器数据融合的组合测姿系统的设计与实现[D]. 姜天宇.东南大学 2015
[3]高精度新型GMI磁强计设计[D]. 吕维维.南京航空航天大学 2015
[4]地磁辅助惯性导航系统研究[D]. 陈冲.哈尔滨工业大学 2014
[5]基于地磁和微惯性器件组合的姿态测量系统研究[D]. 伊程毅.哈尔滨工业大学 2013
[6]MIMU/磁强计航姿参考系统研究[D]. 盛庆轩.国防科学技术大学 2009
[7]MEMS SINS/磁强计组合导航系统设计[D]. 王震宇.哈尔滨工业大学 2007
[8]加速度计/磁强计捷联惯导系统姿态解算方法研究[D]. 李海涛.中北大学 2007
[9]雷达原理演示实验系统的设计[D]. 张洋.哈尔滨工业大学 2006
[10]一维磁通门磁力计的研究[D]. 杨会平.华中科技大学 2005
本文编号：3351572
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