MEMS-SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計
發(fā)布時間：2021-10-08 23:18
針對我國軍用和民用領(lǐng)域?qū)ξ⑿⌒徒M合導(dǎo)航系統(tǒng)的迫切需求,提出了基于MEMS技術(shù)的SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)方案。為設(shè)計低成本、小體積、低功耗、高精度、高穩(wěn)定性的組合導(dǎo)航系統(tǒng),對微小型組合導(dǎo)航系統(tǒng)進行了研究,設(shè)計了傳感器模塊電路、數(shù)據(jù)處理電路和串口通信電路�；贏RM芯片STM32F401RE進行了硬件設(shè)計,根據(jù)卡爾曼濾波算法設(shè)計了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件和位姿估計算法。測試結(jié)果表明,所設(shè)計的組合導(dǎo)航系統(tǒng)滿足導(dǎo)航精度要求。
【文章來源】：自動化儀表. 2016,37(12)
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理框圖
PＲOCESSAUTOMATIONINSTＲUMENTATIONVol．37No．12December2016處理，其結(jié)果作為組合系統(tǒng)的導(dǎo)航參數(shù)輸出，也用于對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航參數(shù)的誤差修正，以備下次導(dǎo)航解算。圖1組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理框圖Fig．1Principleblockdiagramofintegratednavigationsystem1．2組合導(dǎo)航系統(tǒng)總體設(shè)計方案系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。位姿系統(tǒng)定時采集9軸微運動傳感器、3軸磁強計以及氣壓計等信號。將采集的原始數(shù)據(jù)濾波后，得到三維空間中角速度分量、加速度分量、地磁場分量以及高度信息。傳感器模塊直接將輸出信息傳輸至微處理器，微處理器接收傳感器信號后，進行信號處理和姿態(tài)、速度、位置矩陣計算。同時，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航模塊將輸出信息輸送至微處理器，使其解算出位置和速度信息。通過卡爾曼濾波、誤差補償?shù)龋罱K得到穩(wěn)定的組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并將它們從串口實時輸出到無人機飛控系統(tǒng)，對無人機進行準確的實時控制。圖2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖Fig．2Designofsystemoverallstructure2組合導(dǎo)航系統(tǒng)硬件設(shè)計參考圖2所示的系統(tǒng)總體框圖，根據(jù)功能可將整個系統(tǒng)分為4個部分:傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、串行通信模塊和控制模塊。傳感器部分由9軸運動傳感器MPU9250、3軸磁強計HMC5983、氣壓計MS5803和GPS導(dǎo)航模塊MAX－M8Q組成。因輸出數(shù)據(jù)均為數(shù)字量，數(shù)據(jù)采集可用SPI、USAＲT等串行接口完成對輸入信號的采樣。導(dǎo)航解算模塊采用ST公司的STM32F401ＲE微處理器，以實現(xiàn)對所采集數(shù)據(jù)的解算，得到載體的姿態(tài)、速度、位置等信息。通信模塊則通過串口與外界實時通信�？刂颇K將組合導(dǎo)航信息發(fā)送至無人機飛控系統(tǒng)，實時控制無人機的位姿。2．1數(shù)據(jù)處理模塊微處理器是微組合導(dǎo)航系統(tǒng)的核心。它的主要功能是實現(xiàn)對各傳感器的數(shù)據(jù)采集，進行導(dǎo)航解算并得出數(shù)據(jù)，以及與無人
康屯?瞬ㄆ鰨?裳?德?可保證在1kHz以上，但磁強計的輸出僅有8Hz。為更快地獲取姿態(tài)信息，在此僅使用其陀螺儀與加速度計數(shù)據(jù)，磁強計則采用輸出速度更快的HMC5983。HMC5983為Honeywell公司的3軸磁強計，采樣頻率最高可達220Hz。因其具有良好的線性度、低磁滯、零輸出、溫度過高時比例因子穩(wěn)定和很低的橫軸靈敏度等特點，所以被用來測量磁場的方向和大校MS5803為MeasurementSpecialties公司的壓力傳感器，集成了24位ADC，壓力測量范圍為10～1300mbar。在此用其測量大氣壓，以獲取載體高度數(shù)據(jù)。磁強計信號調(diào)理電路如圖3所示。圖3磁強計信號調(diào)理電路圖Fig．3Signalconditioningcircuitofmagnetometer68MEMS－SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計徐澤遠，等
【參考文獻】：
期刊論文
[1]SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)Kalman濾波仿真研究[J]. 員麗瓊,景占榮. 自動化儀表. 2011(01)
碩士論文
[1]機載紅外照相機姿態(tài)慣性測量系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計[D]. 楊嬌嬌.南京理工大學(xué) 2014
本文編號：3425164
【文章來源】：自動化儀表. 2016,37(12)
【文章頁數(shù)】：5 頁
【部分圖文】：
組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理框圖
PＲOCESSAUTOMATIONINSTＲUMENTATIONVol．37No．12December2016處理，其結(jié)果作為組合系統(tǒng)的導(dǎo)航參數(shù)輸出，也用于對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航參數(shù)的誤差修正，以備下次導(dǎo)航解算。圖1組合導(dǎo)航系統(tǒng)原理框圖Fig．1Principleblockdiagramofintegratednavigationsystem1．2組合導(dǎo)航系統(tǒng)總體設(shè)計方案系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。位姿系統(tǒng)定時采集9軸微運動傳感器、3軸磁強計以及氣壓計等信號。將采集的原始數(shù)據(jù)濾波后，得到三維空間中角速度分量、加速度分量、地磁場分量以及高度信息。傳感器模塊直接將輸出信息傳輸至微處理器，微處理器接收傳感器信號后，進行信號處理和姿態(tài)、速度、位置矩陣計算。同時，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航模塊將輸出信息輸送至微處理器，使其解算出位置和速度信息。通過卡爾曼濾波、誤差補償?shù)龋罱K得到穩(wěn)定的組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并將它們從串口實時輸出到無人機飛控系統(tǒng)，對無人機進行準確的實時控制。圖2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖Fig．2Designofsystemoverallstructure2組合導(dǎo)航系統(tǒng)硬件設(shè)計參考圖2所示的系統(tǒng)總體框圖，根據(jù)功能可將整個系統(tǒng)分為4個部分:傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、串行通信模塊和控制模塊。傳感器部分由9軸運動傳感器MPU9250、3軸磁強計HMC5983、氣壓計MS5803和GPS導(dǎo)航模塊MAX－M8Q組成。因輸出數(shù)據(jù)均為數(shù)字量，數(shù)據(jù)采集可用SPI、USAＲT等串行接口完成對輸入信號的采樣。導(dǎo)航解算模塊采用ST公司的STM32F401ＲE微處理器，以實現(xiàn)對所采集數(shù)據(jù)的解算，得到載體的姿態(tài)、速度、位置等信息。通信模塊則通過串口與外界實時通信�？刂颇K將組合導(dǎo)航信息發(fā)送至無人機飛控系統(tǒng)，實時控制無人機的位姿。2．1數(shù)據(jù)處理模塊微處理器是微組合導(dǎo)航系統(tǒng)的核心。它的主要功能是實現(xiàn)對各傳感器的數(shù)據(jù)采集，進行導(dǎo)航解算并得出數(shù)據(jù)，以及與無人
康屯?瞬ㄆ鰨?裳?德?可保證在1kHz以上，但磁強計的輸出僅有8Hz。為更快地獲取姿態(tài)信息，在此僅使用其陀螺儀與加速度計數(shù)據(jù)，磁強計則采用輸出速度更快的HMC5983。HMC5983為Honeywell公司的3軸磁強計，采樣頻率最高可達220Hz。因其具有良好的線性度、低磁滯、零輸出、溫度過高時比例因子穩(wěn)定和很低的橫軸靈敏度等特點，所以被用來測量磁場的方向和大校MS5803為MeasurementSpecialties公司的壓力傳感器，集成了24位ADC，壓力測量范圍為10～1300mbar。在此用其測量大氣壓，以獲取載體高度數(shù)據(jù)。磁強計信號調(diào)理電路如圖3所示。圖3磁強計信號調(diào)理電路圖Fig．3Signalconditioningcircuitofmagnetometer68MEMS－SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計徐澤遠，等
【參考文獻】：
期刊論文
[1]SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)Kalman濾波仿真研究[J]. 員麗瓊,景占榮. 自動化儀表. 2011(01)
碩士論文
[1]機載紅外照相機姿態(tài)慣性測量系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計[D]. 楊嬌嬌.南京理工大學(xué) 2014
本文編號：3425164
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