姿態(tài)測(cè)量是對(duì)載體姿態(tài)實(shí)現(xiàn)控制的前提,隨著導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展,對(duì)姿態(tài)測(cè)量的精度以及實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基MEMS慣性器件的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),以慣性傳感器ADIS16488為慣性測(cè)量單元,以Zynq作為硬件平臺(tái),完成了對(duì)姿態(tài)信息的采集以及解算。本文主要從姿態(tài)解算算法以及硬件平臺(tái)的搭建兩個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究。首先介紹了姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的工作原理以及基本理論,包含了幾種慣性坐標(biāo)系和姿態(tài)矩陣的建立。針對(duì)MEMS陀螺儀單獨(dú)工作時(shí)的姿態(tài)解算算法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),分析了使用四元數(shù)法和歐拉角法來(lái)對(duì)姿態(tài)矩陣進(jìn)行即時(shí)更新的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合MEMS加速度計(jì)以及磁強(qiáng)計(jì)組合測(cè)姿時(shí)輸出的姿態(tài)角的情況,采用基于卡爾曼濾波算法的信息融合方法來(lái)提高系統(tǒng)測(cè)姿的精度。介紹了速度解算原理,同時(shí)介紹了姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù),包括粗對(duì)準(zhǔn)和精對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。其次對(duì)慣性測(cè)量單元中的各個(gè)MEMS傳感器建立了誤差模型,并進(jìn)行了誤差分析。然后,搭建了系統(tǒng)的硬件平臺(tái),采用Zynq芯片內(nèi)部的PL（Programmable Logic）來(lái)完成對(duì)慣性傳感器輸出的姿態(tài)信息的采集,采用Zynq內(nèi)部的PS（Processing System）完成姿態(tài)... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 MEMS慣性技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 本文研究?jī)?nèi)容及安排
2 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的算法研究
    2.1 測(cè)量系統(tǒng)的慣性坐標(biāo)系
    2.2 慣組姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
        2.2.1 方向余弦矩陣法坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
        2.2.2 四元數(shù)法坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
    2.3 姿態(tài)矩陣的即時(shí)更新算法比較
        2.3.1 歐拉角法
        2.3.2 四元數(shù)法
        2.3.3 基于陀螺儀的即時(shí)更新算法的實(shí)驗(yàn)對(duì)比
    2.4 加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)的組合測(cè)姿
    2.5 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)
    2.6 MEMS慣性測(cè)量單元的信號(hào)處理
        2.6.1 陀螺儀的工作原理及誤差模型
        2.6.2 加速度計(jì)的工作原理及誤差模型
        2.6.3 磁強(qiáng)計(jì)的工作原理及誤差模型
        2.6.4 MEMS慣性姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的誤差分析
        2.6.5 卡爾曼濾波
        2.6.6 實(shí)驗(yàn)分析
    2.7 速度解算
    2.8 位置解算
    2.9 本章小結(jié)
3 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的硬件平臺(tái)搭建
    3.1 MEMS慣性測(cè)量單元
        3.1.1 慣性器件選型
        3.1.2 慣性傳感器ADIS16488 的寄存器結(jié)構(gòu)
        3.1.3 SPI通信
    3.2 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的處理器
        3.2.1 微處理器選型
        3.2.2 AXI總線協(xié)議
        3.2.3 Zynq軟硬件協(xié)同開發(fā)
    3.3 本章小結(jié)
4 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    4.1 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的平臺(tái)搭建
    4.2 PL部分的邏輯仿真
    4.3 PS與 PL的通信設(shè)計(jì)
    4.4 PS部分的設(shè)計(jì)
        4.4.1 姿態(tài)解算模塊設(shè)計(jì)
        4.4.2 UART模塊設(shè)計(jì)
        4.4.3 ZYNQ-7000 的啟動(dòng)
    4.5 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
    4.6 本章小結(jié)
5 系統(tǒng)性能測(cè)試
    5.1 AXI DMA通信測(cè)試
    5.2 慣性傳感器信號(hào)采集
    5.3 系統(tǒng)靜態(tài)測(cè)試
    5.4 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試
    5.5 速度解算分析
    5.6 位置解算分析
    5.7 本章小結(jié)
6 總結(jié)和展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]船用衛(wèi)星天線微型姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉付強(qiáng).哈爾濱工程大學(xué) 2008
[3]捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 楊艷娟.哈爾濱工程大學(xué) 2001

碩士論文
[1]基于ZYNQ的小衛(wèi)星姿控電模擬器設(shè)計(jì)及驗(yàn)證[D]. 劉歡.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]基于Zynq-7000的星圖識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 趙樹新.北京工業(yè)大學(xué) 2016
[3]微慣性姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的MEMS傳感器校準(zhǔn)與補(bǔ)償算法研究[D]. 龔大偉.重慶郵電大學(xué) 2016
[4]基于ADIS16488 MEMS慣性組合姿態(tài)測(cè)量設(shè)計(jì)與研究[D]. 楊陽(yáng).中北大學(xué) 2015
[5]地磁/陀螺信息融合的姿態(tài)解算算法研究[D]. 王嘉雨.中北大學(xué) 2015
[6]基于MEMS慣性器件的小型姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 梁鋒.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[7]基于MEMS器件的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 崔璐璐.大連理工大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3482267