指南針自古以來(lái)就是人們導(dǎo)航定向的重要工具。隨著科技的發(fā)展,電子羅盤(pán)產(chǎn)品以其獨(dú)有的優(yōu)良特性,逐漸替代了傳統(tǒng)指南針,廣泛應(yīng)用于航海、勘測(cè)、戶(hù)外探險(xiǎn)等領(lǐng)域。針對(duì)水下載體測(cè)向?qū)Ш綉?yīng)用方向,本論文以新型電子羅盤(pán)為研究目標(biāo),設(shè)計(jì)了一套由三軸磁力儀和三軸加速度計(jì)構(gòu)成的航姿測(cè)量系統(tǒng)。首先,利用地球磁場(chǎng)模型,深入研究基于電子羅盤(pán)的航向、姿態(tài)測(cè)量原理,形成系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和目標(biāo)。其次,通過(guò)對(duì)比各類(lèi)磁敏感器和加速度計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)選取三軸矢量磁傳感器(TMR2309)和MEMS加速度計(jì)(ADXL355)作為核心敏感元件,構(gòu)建航姿測(cè)量系統(tǒng)硬件平臺(tái)。硬件設(shè)計(jì)是本論文的主要工作,包括:硬件系統(tǒng)的方案論證、芯片選型、電路設(shè)計(jì)、功能仿真及驗(yàn)證、參數(shù)優(yōu)化、電路調(diào)試;基于FPGA的信息采集和數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試。之后,開(kāi)展了軟件濾波算法、誤差補(bǔ)償校正算法和航向角計(jì)算等工作,實(shí)現(xiàn)了高頻干擾抑制、航向角平滑輸出。最后,在水平和傾斜兩種狀態(tài)下,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行方位角測(cè)量實(shí)驗(yàn),經(jīng)橢圓擬合,獲得磁場(chǎng)干擾誤差參數(shù)。本課題的研究實(shí)現(xiàn)了航姿測(cè)量系統(tǒng)原理性樣機(jī)設(shè)計(jì),測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了三軸矢量磁阻傳感器在電子羅盤(pán)中應(yīng)用的可行性,有利于推進(jìn)微型化電子羅盤(pán)在水下無(wú)人航行器等載體上的應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：U666.1
【部分圖文】：

第 1 章 緒論北微傳感科技公司專(zhuān)門(mén)為存在磁干擾和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)環(huán)境提供高精度橫滾、俯仰和方位測(cè)量的慣性產(chǎn)品 HEC395。該產(chǎn)品包涵 9 自由度傳感器：3 軸加速度傳感器，3 軸磁傳感器和 軸陀螺儀。通過(guò)優(yōu)化的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，產(chǎn)品實(shí)時(shí)輸出高精度姿態(tài)信息。航向精度為0.3°，分辨率達(dá)到 0.01°。HEC395 專(zhuān)門(mén)為提高磁羅盤(pán)的抗干擾能力而設(shè)計(jì)，當(dāng)鐵性干擾物靠近產(chǎn)品時(shí)，HEC395 依然可以保持高精度方位信息。HEC395 同時(shí)也具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能，保證了動(dòng)態(tài)測(cè)量的高精度。高的性?xún)r(jià)比讓 HEC395 非常適合高航向精度要求場(chǎng)合。

第 2 章 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)基本理論與工作原理第 2 章 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)基本理論與工作原理系統(tǒng)理論基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)模型建立1 地球磁場(chǎng)地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為 0.4 至 0.7 高斯，其方向始終指向磁北，并且具有一個(gè)平行面的成分，而這些特點(diǎn)正是所有姿態(tài)測(cè)量的基礎(chǔ)。如圖 2-1 所示的雙極模型可形地球磁場(chǎng)。如圖所示在地球赤道上方處其方向水平指北向，在南半球其向上指北半球中地球磁場(chǎng)向下指向北，也就是說(shuō)在任何情況下地球磁場(chǎng)的方向始終指而這地球磁場(chǎng)中平行于地球表面的分量信息正是被用來(lái)確定載體方向[24]。

第 2 章 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)基本理論與工作原理第 2 章 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)基本理論與工作原理系統(tǒng)理論基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)模型建立1 地球磁場(chǎng)地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為 0.4 至 0.7 高斯，其方向始終指向磁北，并且具有一個(gè)平行面的成分，而這些特點(diǎn)正是所有姿態(tài)測(cè)量的基礎(chǔ)。如圖 2-1 所示的雙極模型可形地球磁場(chǎng)。如圖所示在地球赤道上方處其方向水平指北向，在南半球其向上指北半球中地球磁場(chǎng)向下指向北，也就是說(shuō)在任何情況下地球磁場(chǎng)的方向始終指而這地球磁場(chǎng)中平行于地球表面的分量信息正是被用來(lái)確定載體方向[24]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2872962