隨著科技的發(fā)展,微機(jī)電系統(tǒng)MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）技術(shù)不斷進(jìn)步,MEMS慣性器件的精度和穩(wěn)定性得到了很大的提高,基于MEMS器件的慣性測(cè)量系統(tǒng)具有體積小、成本低、功耗低的特點(diǎn),同時(shí)作為慣性導(dǎo)航技術(shù)的重要硬件基礎(chǔ),逐漸成為研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域,無論是理論上的探索還是實(shí)踐領(lǐng)域的應(yīng)用,都得到了廣泛的關(guān)注和重視。而加速度計(jì)和陀螺儀無疑是當(dāng)前階段應(yīng)用最為廣泛的兩種MEMS慣性傳感器件。其中,加速度計(jì)是用于測(cè)量軸向加速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器;陀螺儀是測(cè)量運(yùn)動(dòng)體相對(duì)于慣性空間的旋轉(zhuǎn)角速度的傳感器。在一個(gè)系統(tǒng)中上集成三軸MEMS加速度計(jì)和三軸MEMS陀螺儀,可以組合形成一個(gè)測(cè)量載體三軸方向的加速度和三軸方向的角速度的慣性測(cè)量系統(tǒng),該系統(tǒng)在航空航天、軍事及民事領(lǐng)域都有十分廣泛的應(yīng)用。本文圍繞慣性測(cè)量系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)用展開研究,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于MEMS器件的慣性測(cè)量系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)提供系統(tǒng)慣性測(cè)量數(shù)據(jù)信息和解算輸出姿態(tài)角功能。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征加以針對(duì)性的分析,確定了系統(tǒng)硬件主要由微控制器STM32F103芯片、三軸MEMS加速度... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

慣性測(cè)量系統(tǒng)組成圖

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文10卡爾曼濾波對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和校正。圖2.2為本慣性測(cè)量系統(tǒng)的姿態(tài)角解算過程。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，通過陀螺儀所提供的角速度數(shù)據(jù)對(duì)姿態(tài)角進(jìn)行解算，然后對(duì)比加速度計(jì)所提供數(shù)據(jù)解算出的姿態(tài)角，將兩者結(jié)果做差得到誤差數(shù)值，然后利用卡爾曼濾波器對(duì)其加以進(jìn)一步的校正，最終生成我們所需要的高精度姿態(tài)角數(shù)據(jù)。一方面，陀螺儀的應(yīng)用，為系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)性能的提升提供了強(qiáng)有力的支持；另一方面，加速度計(jì)的應(yīng)用，為陀螺儀零點(diǎn)漂移的消除提供了必要的支持。因此，不僅可以為系統(tǒng)整體導(dǎo)航精度的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的提升也同樣有著重要的積極作用。本文所設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的這套慣性測(cè)量系統(tǒng)，提供了基于陀螺儀的姿態(tài)解算方法和基于加速度計(jì)和陀螺儀相結(jié)合的姿態(tài)角解算方法這兩種不同的方法。第二種方法需要卡爾曼濾波器對(duì)其姿態(tài)角誤差進(jìn)行校正，并借鑒重力場(chǎng)變化情況進(jìn)一步補(bǔ)償陀螺儀積分漂移，因此基于第二種方法的慣性測(cè)量系統(tǒng)整體測(cè)量精度更為理想，本文將在第三章中對(duì)這種方法加以更為全面的論述。圖2.2姿態(tài)角解算過程2.3慣性測(cè)量系統(tǒng)基礎(chǔ)2.3.1慣性導(dǎo)航常用坐標(biāo)系1.地心慣性坐標(biāo)系（i系）—iiiOXYZ以牛頓第一定律所構(gòu)建的慣性坐標(biāo)系，本身不僅無加速度運(yùn)動(dòng)，而且也不會(huì)圍繞某一軸旋轉(zhuǎn)，從本質(zhì)上來說是一種始終保持均速直線或者絕對(duì)靜止的坐標(biāo)系。不過這一表述實(shí)際上沒有考慮對(duì)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)以及宇宙空間中整體位置所具有的影響。按照既往研究習(xí)慣，慣性坐標(biāo)系的原點(diǎn)一般設(shè)置為地球的中心O，地球北極到該點(diǎn)的連線為iOZ軸，春分點(diǎn)和該點(diǎn)的連線為iOX軸，iOY與iOZ軸以及iOX共同圍繞成為一個(gè)典型的右手坐標(biāo)系。2.地球坐標(biāo)系（e系）—eeeOXYZ這套坐標(biāo)系和上文中我們所介紹的地心慣性

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文12：所在地區(qū)的水平面和載體橫軸之間所構(gòu)成的夾角，向水平面右側(cè)傾斜為正角度；反之則為負(fù)角度，取值范圍為[180180聃]。：所在地區(qū)的水平面和載體縱軸之間所構(gòu)成的夾角，向水平面右側(cè)傾斜為正角度；反之則為負(fù)角度，取值范圍為[9090]。：本初子午線和載體縱軸在當(dāng)?shù)厮矫嫔系耐队八鶚?gòu)成的夾角，向北方順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正角度，反之則為負(fù)角度，取值范圍為[0360へ]。導(dǎo)航坐標(biāo)系nnnOXYZ到載體坐標(biāo)系bbbOXYZ的變換矩陣，通常可以采用方向余弦矩陣bnC。由于兩者均屬于正交坐標(biāo)系，所以有C1CT=。所以我們可以將變換矩陣簡(jiǎn)化表示為：()()1TbnnnbbCCC==(2.1)姿態(tài)矩陣可由導(dǎo)航坐標(biāo)系nnnOXYZ經(jīng)過三次旋轉(zhuǎn)可以得到載體坐標(biāo)系bbbOXYZ，轉(zhuǎn)換順序可表示為n12111222XYnnnbbbOXYZOXYZOXYZOXYZ→→→繞-Z旋轉(zhuǎn)繞軸旋轉(zhuǎn)繞軸旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系如圖2.3所示。圖2.3導(dǎo)航坐標(biāo)系和載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)關(guān)系每個(gè)變換矩陣分別對(duì)應(yīng)一次旋轉(zhuǎn)，所以有：1cossin0sincos0001nC=(2.2)211000cossin0sincosC=(2.3)

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3302506