MEMS-SINS/GPS组合导航系统设计
发布时间：2021-10-08 23:18
针对我国军用和民用领域对微小型组合导航系统的迫切需求,提出了基于MEMS技术的SINS/GPS组合导航系统方案。为设计低成本、小体积、低功耗、高精度、高稳定性的组合导航系统,对微小型组合导航系统进行了研究,设计了传感器模块电路、数据处理电路和串口通信电路。基于ARM芯片STM32F401RE进行了硬件设计,根据卡尔曼滤波算法设计了组合导航系统的软件和位姿估计算法。测试结果表明,所设计的组合导航系统满足导航精度要求。
【文章来源】：自动化仪表. 2016,37(12)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
组合导航系统原理框图
PＲOCESSAUTOMATIONINSTＲUMENTATIONVol．37No．12December2016处理，其结果作为组合系统的导航参数输出，也用于对捷联惯性导航参数的误差修正，以备下次导航解算。图1组合导航系统原理框图Fig．1Principleblockdiagramofintegratednavigationsystem1．2组合导航系统总体设计方案系统总体结构如图2所示。位姿系统定时采集9轴微运动传感器、3轴磁强计以及气压计等信号。将采集的原始数据滤波后，得到三维空间中角速度分量、加速度分量、地磁场分量以及高度信息。传感器模块直接将输出信息传输至微处理器，微处理器接收传感器信号后，进行信号处理和姿态、速度、位置矩阵计算。同时，GPS卫星导航模块将输出信息输送至微处理器，使其解算出位置和速度信息。通过卡尔曼滤波、误差补偿等，最终得到稳定的组合导航数据，并将它们从串口实时输出到无人机飞控系统，对无人机进行准确的实时控制。图2系统总体结构设计图Fig．2Designofsystemoverallstructure2组合导航系统硬件设计参考图2所示的系统总体框图，根据功能可将整个系统分为4个部分:传感器模块、数据处理模块、串行通信模块和控制模块。传感器部分由9轴运动传感器MPU9250、3轴磁强计HMC5983、气压计MS5803和GPS导航模块MAX－M8Q组成。因输出数据均为数字量，数据采集可用SPI、USAＲT等串行接口完成对输入信号的采样。导航解算模块采用ST公司的STM32F401ＲE微处理器，以实现对所采集数据的解算，得到载体的姿态、速度、位置等信息。通信模块则通过串口与外界实时通信。控制模块将组合导航信息发送至无人机飞控系统，实时控制无人机的位姿。2．1数据处理模块微处理器是微组合导航系统的核心。它的主要功能是实现对各传感器的数据采集，进行导航解算并得出数据，以及与无人
康屯?瞬ㄆ鳎?裳?德?可保证在1kHz以上，但磁强计的输出仅有8Hz。为更快地获取姿态信息，在此仅使用其陀螺仪与加速度计数据，磁强计则采用输出速度更快的HMC5983。HMC5983为Honeywell公司的3轴磁强计，采样频率最高可达220Hz。因其具有良好的线性度、低磁滞、零输出、温度过高时比例因子稳定和很低的横轴灵敏度等特点，所以被用来测量磁场的方向和大校MS5803为MeasurementSpecialties公司的压力传感器，集成了24位ADC，压力测量范围为10～1300mbar。在此用其测量大气压，以获取载体高度数据。磁强计信号调理电路如图3所示。图3磁强计信号调理电路图Fig．3Signalconditioningcircuitofmagnetometer68MEMS－SINS/GPS组合导航系统设计徐泽远，等
【参考文献】：
期刊论文
[1]SINS/GPS组合导航系统Kalman滤波仿真研究[J]. 员丽琼,景占荣. 自动化仪表. 2011(01)
硕士论文
[1]机载红外照相机姿态惯性测量系统硬件平台设计[D]. 杨娇娇.南京理工大学 2014
本文编号：3425164
【文章来源】：自动化仪表. 2016,37(12)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
组合导航系统原理框图
PＲOCESSAUTOMATIONINSTＲUMENTATIONVol．37No．12December2016处理，其结果作为组合系统的导航参数输出，也用于对捷联惯性导航参数的误差修正，以备下次导航解算。图1组合导航系统原理框图Fig．1Principleblockdiagramofintegratednavigationsystem1．2组合导航系统总体设计方案系统总体结构如图2所示。位姿系统定时采集9轴微运动传感器、3轴磁强计以及气压计等信号。将采集的原始数据滤波后，得到三维空间中角速度分量、加速度分量、地磁场分量以及高度信息。传感器模块直接将输出信息传输至微处理器，微处理器接收传感器信号后，进行信号处理和姿态、速度、位置矩阵计算。同时，GPS卫星导航模块将输出信息输送至微处理器，使其解算出位置和速度信息。通过卡尔曼滤波、误差补偿等，最终得到稳定的组合导航数据，并将它们从串口实时输出到无人机飞控系统，对无人机进行准确的实时控制。图2系统总体结构设计图Fig．2Designofsystemoverallstructure2组合导航系统硬件设计参考图2所示的系统总体框图，根据功能可将整个系统分为4个部分:传感器模块、数据处理模块、串行通信模块和控制模块。传感器部分由9轴运动传感器MPU9250、3轴磁强计HMC5983、气压计MS5803和GPS导航模块MAX－M8Q组成。因输出数据均为数字量，数据采集可用SPI、USAＲT等串行接口完成对输入信号的采样。导航解算模块采用ST公司的STM32F401ＲE微处理器，以实现对所采集数据的解算，得到载体的姿态、速度、位置等信息。通信模块则通过串口与外界实时通信。控制模块将组合导航信息发送至无人机飞控系统，实时控制无人机的位姿。2．1数据处理模块微处理器是微组合导航系统的核心。它的主要功能是实现对各传感器的数据采集，进行导航解算并得出数据，以及与无人
康屯?瞬ㄆ鳎?裳?德?可保证在1kHz以上，但磁强计的输出仅有8Hz。为更快地获取姿态信息，在此仅使用其陀螺仪与加速度计数据，磁强计则采用输出速度更快的HMC5983。HMC5983为Honeywell公司的3轴磁强计，采样频率最高可达220Hz。因其具有良好的线性度、低磁滞、零输出、温度过高时比例因子稳定和很低的横轴灵敏度等特点，所以被用来测量磁场的方向和大校MS5803为MeasurementSpecialties公司的压力传感器，集成了24位ADC，压力测量范围为10～1300mbar。在此用其测量大气压，以获取载体高度数据。磁强计信号调理电路如图3所示。图3磁强计信号调理电路图Fig．3Signalconditioningcircuitofmagnetometer68MEMS－SINS/GPS组合导航系统设计徐泽远，等
【参考文献】：
期刊论文
[1]SINS/GPS组合导航系统Kalman滤波仿真研究[J]. 员丽琼,景占荣. 自动化仪表. 2011(01)
硕士论文
[1]机载红外照相机姿态惯性测量系统硬件平台设计[D]. 杨娇娇.南京理工大学 2014
本文编号：3425164
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