基于MEMS传感器的道面坡度提取技术研究

发布时间：2020-05-13 02:46

【摘要】：道面坡度测量对于精细化导航系统及场面运行模拟系统的开发具有重要意义。采用微机械电子系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)传感器进行加速度估计的方法提取道面坡度通常需要增加额外的传感器,同时还会受到累积误差的困扰。本文提出的基于智能手机MEMS传感器的道面坡度提取方法,不需要额外的传感器支持,采用零加速状态检测的方法实现对累积误差的修正,进而通过旋转四元数估计与一种新的坡度提取方法实现了位置解算与坡度提取。首先,介绍了用于数据采集的智能手机中MEMS传感器的工作原理,即三轴加速度计、三轴陀螺仪与三轴磁力计的工作原理,说明了常用坐标系以及坐标系之间的转换关系。然后,提出了零加速状态检测方法,实现了不需额外传感器的累计误差处理。根据零加速状态检测的两种不同输出结果,提出了在零加速状态下进行旋转四元数初始化的方法,进行旋转四元数的估计。根据获得的旋转四元数和传感器采集的数据可以对加速度进行坐标转换和重力加速度补偿,将得到的运动加速度进行积分,实现了平台位置的解算。提出了利用重力加速度方向不变性,通过载体坐标系中的重力加速度矢量方向的变化的方法,实现了道面坡度信息提取。最后,利用智能手机搭建了三种实验平台进行数据采集,通过IP互联的方式,将所采集数据通过手机端mobile MATLAB同步到电脑端MATLAB中,从而对数据进行阈值设置、零加速状态检测和旋转四元数估计的处理。通过对三种实验方案的结果分析,验证了本文所提出的位置解算与坡度提取算法的正确性与有效性。
【图文】：

图 2-1 传统加速度计的组成和工作原理 加速度计的工作原理类似于传统加速度计。MEMS 加速度计很大的悬臂式电容器板，可移动电容器板位于两个固定电容器式可知 S /d电容， 是常数，S 是电容板的面积，d 是电容板之间的距离。EMS 加速度计可以通过控制电容板的面积，根据电容变化量后通过悬臂的弹性系数获得当前加速度。同时，通过正交地布测三个正交方向上的加速度。0 2 4 6 8 10 12-505x加速度轴[m/s2]

中国民航大学硕士学位论文检测数据时，会受到噪声的干扰，并且具有很高的灵敏水平静止放置在桌面上，加速度计测得的三轴加速度的速度计的测量值也会产生波动值，并且 x 轴与 y 轴的值值是在重力加速度值附近进行波动。螺仪检测载体的角速度。传统陀螺仪的工作原理是角动量守的物体，承载它的支架的旋转并不会改变其方向。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U463.67;TP212

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本文编号：2661248