本文關(guān)鍵詞：基于小型無人機的航姿測量系統(tǒng)研究與設(shè)計

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【摘要】：航向姿態(tài)測量系統(tǒng)是小型無人機飛行導(dǎo)航系統(tǒng)的飛行參數(shù)信息的重要來源,是小型無人機實現(xiàn)自主飛行必不可少的關(guān)鍵組成部分。航向姿態(tài)測量系統(tǒng)主要測量無人機載體的航向角、俯仰角、橫滾角、飛行高度和位置坐標(biāo)等飛行姿態(tài)參數(shù),同時將其提供給無人機的飛行導(dǎo)航系統(tǒng),以使飛行導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?qū)崟r地監(jiān)測到載體的飛行狀態(tài)并根據(jù)姿態(tài)參數(shù)實時地調(diào)整載體的飛行姿態(tài),以保證無人機能夠按照設(shè)定的姿態(tài)和航線飛行。該測量系統(tǒng)采用基于MEMS技術(shù)的慣性傳感器并結(jié)合其他的傳感器作為測量單元,并以STM32微處理器作為數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制中心,同時能夠通過無線通信模塊實時地將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給地面站或者上位機。航向姿態(tài)測量系統(tǒng)使用了多種數(shù)據(jù)融合算法來解算飛行參數(shù)信息。首先,根據(jù)陀螺儀數(shù)據(jù)并運用歐拉角算法解算出航向角、俯仰角和橫滾角,從而構(gòu)成一個數(shù)字余弦矩陣。然后,使用加速度計數(shù)據(jù)解算出俯仰角和橫滾角,同時使用GPS解析出航向角,從而一起構(gòu)成一個三維向量。其次,將這個三維向量與數(shù)字余弦矩陣解算出的航向姿態(tài)角進(jìn)行對比分析并得出角度誤差,同時根據(jù)角度誤差并利用比例積分控制器實時地修正從陀螺儀解算出的航向姿態(tài)角,以保證構(gòu)成的數(shù)字余弦矩陣的正交性不被破壞,從而便能夠通過數(shù)字余弦矩陣得到更加精確的航向角、俯仰角和橫滾角。此外,該測量系統(tǒng)的高度解算采用數(shù)字氣壓高度傳感器和氣壓高度計算式來完成。首先,介紹了該課題的國內(nèi)外現(xiàn)狀和相關(guān)的背景知識,以及研究范圍和主要內(nèi)容。然后,針對航向姿態(tài)測量系統(tǒng)涉及到的理論基礎(chǔ)知識和相關(guān)的航向姿態(tài)解算算法做出了說明,主要包括測量系統(tǒng)常用的參考坐標(biāo)系、氣壓高度解算算法、方向余弦矩陣、歐拉角算法、慣性測量原理和GPS測量原理。其次,介紹了該測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案和軟件設(shè)計方案。最后,通過聯(lián)合硬件電路和軟件程序設(shè)計出了一個能夠正常工作的航向姿態(tài)測量系統(tǒng),并通過實驗得出了相應(yīng)的測量結(jié)果。實驗結(jié)果表明,該測量系統(tǒng)達(dá)到了最初的設(shè)計目標(biāo)和要求,而且航向姿態(tài)角度輸出穩(wěn)定且精度較高,誤差在可接受范圍內(nèi),能夠被運用于小型無人機的飛行控制系統(tǒng)中。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.122.2;V279

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本文編號：1163083