針對(duì)我國(guó)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(jì)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(duì)微小型組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)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(jìn)行了硬件設(shè)計(jì),根據(jù)卡爾曼濾波算法設(shè)計(jì)了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件和位姿估計(jì)算法。測(cè)試結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)滿足導(dǎo)航精度要求。 

【文章來(lái)源】：自動(dòng)化儀表. 2016,37(12)

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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(duì)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(jì)方案系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。位姿系統(tǒng)定時(shí)采集9軸微運(yùn)動(dòng)傳感器、3軸磁強(qiáng)計(jì)以及氣壓計(jì)等信號(hào)。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(chǎng)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(hào)后，進(jìn)行信號(hào)處理和姿態(tài)、速度、位置矩陣計(jì)算。同時(shí)，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(guò)卡爾曼濾波、誤差補(bǔ)償?shù)�，最終得到穩(wěn)定的組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并將它們從串口實(shí)時(shí)輸出到無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)控制。圖2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖Fig．2Designofsystemoverallstructure2組合導(dǎo)航系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)參考圖2所示的系統(tǒng)總體框圖，根據(jù)功能可將整個(gè)系統(tǒng)分為4個(gè)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(yùn)動(dòng)傳感器MPU9250、3軸磁強(qiáng)計(jì)HMC5983、氣壓計(jì)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(duì)輸入信號(hào)的采樣。導(dǎo)航解算模塊采用ST公司的STM32F401ＲE微處理器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)串口與外界實(shí)時(shí)通信�？刂颇K將組合導(dǎo)航信息發(fā)送至無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)控制無(wú)人機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)各傳感器的數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行導(dǎo)航解算并得出數(shù)據(jù)，以及與無(wú)人

康屯?瞬ㄆ鰨?裳?德?可保證在1kHz以上，但磁強(qiáng)計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)，磁強(qiáng)計(jì)則采用輸出速度更快的HMC5983。HMC5983為Honeywell公司的3軸磁強(qiáng)計(jì)，采樣頻率最高可達(dá)220Hz。因其具有良好的線性度、低磁滯、零輸出、溫度過(guò)高時(shí)比例因子穩(wěn)定和很低的橫軸靈敏度等特點(diǎn)，所以被用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)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(cè)量范圍為10～1300mbar。在此用其測(cè)量大氣壓，以獲取載體高度數(shù)據(jù)。磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路如圖3所示。圖3磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路圖Fig．3Signalconditioningcircuitofmagnetometer68MEMS－SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)徐澤遠(yuǎn)，等

【參考文獻(xiàn)】：
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(dòng)化儀表. 2011(01)

碩士論文
[1]機(jī)載紅外照相機(jī)姿態(tài)慣性測(cè)量系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)[D]. 楊嬌嬌.南京理工大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3425164