本文關(guān)鍵詞：基于ADIS16488 MEMS慣性組合姿態(tài)測量設(shè)計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：MEMS陀螺儀由于具有體積小，成本低，高集成，可靠性高等優(yōu)點近年來被廣泛運用在航空，航天，航海，軍用坦克，潛艇，及各種型號的導(dǎo)彈上。然而MEMS陀螺儀精度低，長時間工作存在測量精度漂移，需要通過其他慣性傳感器進(jìn)行誤差補(bǔ)償。基于此本文設(shè)計了以微慣性組合測量單元ADIS16488為核心，TMS320F2812DSP為導(dǎo)航計算機(jī)的慣性導(dǎo)航姿態(tài)測量系統(tǒng)。通過對傳感器數(shù)據(jù)的采集解算載體姿態(tài)，利用串口通信將解算數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)，實現(xiàn)對載體姿態(tài)的實時顯示。 文中首先介紹了慣性姿態(tài)測量系統(tǒng)基本理論及姿態(tài)確定算法原理。通過對導(dǎo)航姿態(tài)確定算法的研究，采用四元數(shù)法對陀螺儀輸出信號進(jìn)行姿態(tài)解算，并設(shè)計了卡爾曼濾波器，利用加速度計和磁強(qiáng)計解算的載體姿態(tài)對陀螺儀解算的姿態(tài)進(jìn)行修正。 為了降低MEMS慣性器件的測量誤差，本文根據(jù)MEMS慣性器件的原理建立其誤差模型，并利用小波變換技術(shù)，對ADIS16488MEMS陀螺儀的輸出信號進(jìn)行降噪處理。經(jīng)過實驗分析，本文提出的小波降噪技術(shù)對MEMS陀螺儀輸出進(jìn)行降噪效果較好，MEMS陀螺儀零點輸出誤差范圍有效縮小。 本文所設(shè)計慣性組合姿態(tài)測量系統(tǒng)硬件由傳感器數(shù)據(jù)傳輸模塊、導(dǎo)航計算機(jī)模塊、RS-232串口通信模塊以及外圍電路模塊等組成。軟件部分通過TMS320F2812DSP實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)處理、載體姿態(tài)解算，串口通信等功能。本文給出了系統(tǒng)硬件原理圖，軟件各個模塊流程圖及部分程序，并進(jìn)行了相應(yīng)的闡述。 最后，通過對系統(tǒng)靜態(tài)姿態(tài)漂移情況分析及低動態(tài)姿態(tài)發(fā)散分析對本文所設(shè)計慣組姿態(tài)測量系統(tǒng)進(jìn)行了性能驗證。實驗最終結(jié)果表明，本文所設(shè)計慣組姿態(tài)測量系統(tǒng)工作可靠，姿態(tài)輸出精度高，適用于車載導(dǎo)航、無人機(jī)導(dǎo)航等領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：MEMS慣性器件 姿態(tài)解算 卡爾曼濾波 DSP
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN96
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 慣性技術(shù)10-11
• 1.2 慣性姿態(tài)測量系統(tǒng)11
• 1.3 MEMS 慣性傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.4 MEMS 慣性組合測量系統(tǒng)應(yīng)用背景13
• 1.5 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本工作原理13-14
• 1.6 本文主要工作14-15
• 2 姿態(tài)測量系統(tǒng)理論及工作原理15-32
• 2.1 引言15
• 2.2 姿態(tài)測量系統(tǒng)基本理論15-21
• 2.2.1 慣導(dǎo)系統(tǒng)常用坐標(biāo)系15-18
• 2.2.1.1 地心慣性坐標(biāo)系15-16
• 2.2.1.2 地球坐標(biāo)系16
• 2.2.1.3 地理坐標(biāo)系16-17
• 2.2.1.4 載體坐標(biāo)系17
• 2.2.1.5 平臺坐標(biāo)系17-18
• 2.2.2 慣導(dǎo)系統(tǒng)基本方程18-19
• 2.2.3 慣導(dǎo)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換19-20
• 2.2.4 捷聯(lián)矩陣20-21
• 2.3 姿態(tài)測量系統(tǒng)基本工作原理21-29
• 2.3.1 慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)21-23
• 2.3.2 歐拉角法23
• 2.3.3 四元數(shù)法23-25
• 2.3.3.1 四元數(shù)定義23-24
• 2.3.3.2 四元數(shù)的運算24
• 2.3.3.3 四元數(shù)運算法則24-25
• 2.3.3.4 四元數(shù)轉(zhuǎn)動的微分方程25
• 2.3.4 求解四元數(shù)微分方程25-27
• 2.3.4.1 畢卡增量法25-26
• 2.3.4.2 四階龍格庫塔法26-27
• 2.3.5 四元數(shù)跟捷聯(lián)矩陣的關(guān)系27-28
• 2.3.6 等效旋轉(zhuǎn)矢量法28-29
• 2.4 卡爾曼濾波29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 3 慣性 MEMS 器件的誤差建模及信號降噪32-42
• 3.1 MEMS 慣性器件工作原理及誤差模型32-34
• 3.1.1 微機(jī)械陀螺儀32
• 3.1.2 微機(jī)械陀螺儀誤差模型32-33
• 3.1.3 微機(jī)械加速度計33
• 3.1.4 微機(jī)械加速度計誤差模型33-34
• 3.1.5 磁強(qiáng)計34
• 3.2 陀螺儀漂移分析34-35
• 3.3 小波分析及信號降噪方法35-41
• 3.3.1 小波變換及其逆變換35-37
• 3.3.2 mallat 算法37-39
• 3.3.3 小波閥值降噪算法39-40
• 3.3.4 MEMS 陀螺儀降噪實驗40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 基于 ADIS16488 姿態(tài)測量系統(tǒng)設(shè)計42-63
• 4.1 慣性測量單元42-48
• 4.1.1 ADIS16488 功能參數(shù)42-44
• 4.1.2 傳感器寄存器結(jié)構(gòu)44-45
• 4.1.3 傳感器 SPI 通信45-47
• 4.1.4 傳感器數(shù)字信號處理47-48
• 4.2 微處理器選型48-49
• 4.3 慣性組合姿態(tài)測量總體設(shè)計方案49-50
• 4.4 慣組姿態(tài)測量硬件電路設(shè)計50-55
• 4.4.1 電源模塊50-51
• 4.4.2 數(shù)據(jù)采集通信模塊51-52
• 4.4.3 串口通信模塊52-53
• 4.4.4 微處理器外圍電路53-55
• 4.5 慣組姿態(tài)測量系統(tǒng)軟件設(shè)計55-62
• 4.5.1 姿態(tài)解算軟件總體方案55-56
• 4.5.2 基于 CCS3.3 的 DSP 應(yīng)用程序開發(fā)平臺56-58
• 4.5.3 軟件模塊設(shè)計58-62
• 4.6 本章小結(jié)62-63
• 5 慣性組合姿態(tài)測量系統(tǒng)性能測試63-68
• 5.1 傳感器性能測試63-64
• 5.2 系統(tǒng)靜態(tài)測試64-65
• 5.3 系統(tǒng)低動態(tài)測試65-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 6 總結(jié)和展望68-70
• 6.1 論文總結(jié)68-69
• 6.2 工作展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果74-75
• 附錄 A：慣組姿態(tài)測量系統(tǒng)原理圖75-76
• 附錄 B：慣組姿態(tài)測量系統(tǒng)實物圖76-77
• 附錄 C：慣組姿態(tài)測量系統(tǒng)上位機(jī)截圖77-78
• 致謝78-79

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：基于ADIS16488 MEMS慣性組合姿態(tài)測量設(shè)計與研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：297841