由于微型無人機具有低成本、低功耗、機動性高、隱蔽性高等優(yōu)點,且在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用,所以各國公司都在加緊對無人機的開發(fā)研究,希望盡快能夠占領(lǐng)微型無人機的市場。因此,為了實現(xiàn)低成本、實用性強的微型無人機飛行系統(tǒng),本文對基于微機電系統(tǒng)（Mico-Eletro-Mechanical System,MEMS）傳感器的微型無人機飛行控制系統(tǒng)進行整體設(shè)計,并從傳感器濾波校準(zhǔn)、姿態(tài)融合算法、硬件系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)四個方面進行研究設(shè)計。本文針對低成本MEMS傳感器存在嚴(yán)重漂移和噪聲干擾等問題,對MEMS傳感器的誤差來源進行了分析,并對不同的傳感器進行了針對性的校準(zhǔn)濾波處理,降低了MEMS傳感器零偏和噪聲的干擾,以保證MEMS傳感器輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。算法上,本文針對低成本微型無人機的實際性能以及擴展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter,EKF）在無人機姿態(tài)解算上的應(yīng)用難題,對傳統(tǒng)的EKF進行了工程應(yīng)用上的改進,提出了一種基于三重優(yōu)化方法的EKF姿態(tài)融合算法,即在EKF輸入端加入數(shù)據(jù)校驗和誤差判斷機制,在EKF輸出端加入輸出矯正濾波器,在EKF預(yù)測更新過程中進行計算優(yōu)化... 

【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

加速度計靜止下X軸的原始數(shù)據(jù)圖

第二章 MEMS 傳感器分析校準(zhǔn)及導(dǎo)航原理介紹9圖 2.2 加速度計濾波后的數(shù)據(jù)圖2.2.2 MEMS 陀螺儀的誤差分析與校準(zhǔn)陀螺儀是檢測物體所轉(zhuǎn)動時角速度的裝置。MEMS 陀螺儀誤差一般有兩種：確定性誤差和隨機誤差。確定性誤差主要包括安裝誤差和零漂，這些誤差可以建立誤差模型進行校正；隨機誤差主要來源于隨機噪聲，這就需要設(shè)計相應(yīng)的算法進行補償。根據(jù)系數(shù)解算方式和補償原理[31-33]有如下公式： c xx x yx y zx z x x xxy x yy y zy z y y yxz x yz y zz z z z zk w k w k w w bk w k w k w c w bk w k w k w c w b(2-4)上面公式中，xw ，yw，zw 是陀螺儀輸出的角速率測量值；xxk ，yyk，zzk 表示陀螺儀的標(biāo)定系數(shù)； xw ，yw

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文準(zhǔn)的標(biāo)定參數(shù)[35]。在軟件上，對每次陀螺儀采集的數(shù)據(jù)采軟件校準(zhǔn)，以保證陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的精確度。MEMS 陀螺儀靜止?fàn)顟B(tài)下對其 X 軸進行原始數(shù)據(jù)采集，采集靜止時數(shù)據(jù)的噪聲很大，需要對陀螺儀數(shù)據(jù)進行滑動均值窗大小為 N，通常實驗 N 取 5 效果比較好，對陀螺儀數(shù)取 5 個數(shù)據(jù)的平均值作為當(dāng)前時刻的角速率。圖 2.4 就是經(jīng)過滑動均值濾波后的效果。將下面兩個圖進行對比，表過濾波后噪聲明顯降低。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]多準(zhǔn)則MEMS陀螺隨機誤差在線建模與實時濾波[J]. 代金華,張麗杰.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2016(01)
[2]基于STM32的四旋翼飛行器的姿態(tài)最優(yōu)估計研究[J]. 何川,李智,王勇軍.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2015(12)
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[7]改進的粒子濾波在四旋翼姿態(tài)估計中的應(yīng)用[J]. 曲仕茹,馬志強.  飛行力學(xué). 2013(05)
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博士論文
[1]慣性穩(wěn)定平臺中的多傳感器控制技術(shù)研究[D]. 田競.電子科技大學(xué) 2016
[2]基于四元數(shù)非線性濾波的飛行器姿態(tài)確定算法研究[D]. 喬相偉.哈爾濱工程大學(xué) 2011



本文編號：3611213