本文關(guān)鍵詞：基于復(fù)合傳感器的航向姿態(tài)測(cè)量技術(shù)研究

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【摘要】：隨著當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步,微電子機(jī)械系統(tǒng)也由于其微型化、將硅作主要材料,使其機(jī)械電子性能良好、能大量生產(chǎn)、集成化、多學(xué)科交叉、功耗低和動(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域。航向姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)是測(cè)量領(lǐng)域在慣性技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。航向姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)主要是對(duì)載體進(jìn)行姿態(tài)和航向的測(cè)量,從而達(dá)到了對(duì)載體的導(dǎo)航和控制。本文簡(jiǎn)略地介紹航向姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展、應(yīng)用及組成。且提出了一種基于MEMS傳感器的航向姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),其主要是由MEMS加速度計(jì)及MEMS陀螺儀組成。并且分析和處理MEMS傳感器的誤差產(chǎn)生原因及減小誤差的方法與途徑。進(jìn)一步介紹了捷聯(lián)式姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的基本工作原理,其中包括了慣性系統(tǒng)中坐標(biāo)系的定義、初始對(duì)準(zhǔn)算法和姿態(tài)矩陣更新算法等；并對(duì)歐拉角法、四元數(shù)法和方向余弦法進(jìn)行了分析,重點(diǎn)使用了四元數(shù)法。MEMS傳感器可以較精確地測(cè)量出載體在空間坐標(biāo)系中加速度和角速度。并且根據(jù)姿態(tài)解算得到載體的姿態(tài),采用小波變換和卡爾曼濾波對(duì)誤差進(jìn)行處理,以確保在正常環(huán)境下的測(cè)量精度和可靠性。通過對(duì)MEMS傳感器的原理和性能的分析,并綜合地考慮系統(tǒng)成本和性能要求等因素,選用了MPU6050傳感器作為主要慣性測(cè)量器件,HMC5883L作為輔助測(cè)量器件,以達(dá)到系統(tǒng)測(cè)量的需求。本文設(shè)計(jì)了基于MEMS傳感器的航向姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的整體方案。系統(tǒng)硬件包括MPU6050和HMC5883L采集模塊、Arduino UNO控制模塊以及外圍輔助模塊等。并以ATmega328為CPU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制及處理、姿態(tài)算法等相關(guān)功能。最終,本文對(duì)硬軟件進(jìn)行系統(tǒng)的集成、編譯、調(diào)試和運(yùn)行,并形成了可實(shí)現(xiàn)的航向姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。分別對(duì)MEMS傳感器數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)、初始對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)和姿態(tài)算法實(shí)驗(yàn)等相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示,本次設(shè)計(jì)的航向姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)能夠正常完成工作,性能基本滿足了設(shè)計(jì)上所要求的。該航向姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)具備小體積、快響應(yīng)、低成本、較好的實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn),使其具有不錯(cuò)的應(yīng)用前景和價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN966;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1269257