【摘要】：隨著科技的發(fā)展,定向技術(shù)的應(yīng)用日趨廣泛,在觀瞄系統(tǒng)以及航空、航天和航海等領(lǐng)域都起到了的重要作用,而地磁定向作為一種全自主式的定向技術(shù),具有準(zhǔn)確、可靠、隱蔽和適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),對(duì)我國(guó)的國(guó)防和民生有重要意義。地磁定向技術(shù)容易受到外界環(huán)境中的軟磁和硬磁干擾以及自身誤差因素的影響,導(dǎo)致定向誤差增大。本課題設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高精度的地磁定向硬件平臺(tái),利用磁干擾和誤差修正算法補(bǔ)償?shù)卮艂鞲衅?并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)姿態(tài)解算算法,完成高精度地磁定向。首先研究了地磁傳感器干擾和誤差修正算法,分析了地磁傳感器的干擾和誤差的來(lái)源,建立了誤差修正模型,并使用滑動(dòng)均值濾波、牛頓迭代法和總體最小二乘法求解模型參數(shù)。然后實(shí)現(xiàn)了高精度姿態(tài)解算算法,利用地磁傳感器和加速度計(jì)求解姿態(tài)角初值,然后結(jié)合陀螺儀求解四元數(shù),更新姿態(tài)角,降低定向誤差。根據(jù)算法的需要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了高精度地磁定向硬件平臺(tái)。硬件平臺(tái)主要包括STM32F411微處理器、RM3100地磁傳感器和BMI160慣性測(cè)量單元,并搭載了數(shù)據(jù)通信模塊和斷電存儲(chǔ)模塊,具有便攜和低功耗的特點(diǎn)。軟件部分完成了各個(gè)模塊的初始化工作,實(shí)現(xiàn)了微處理器上各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)采集和處理程序、通信程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序和高精度地磁定向算法。最后,對(duì)高精度地磁定向平臺(tái)進(jìn)行了整體功能測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試,平臺(tái)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能,傳感器能夠穩(wěn)定地獲取和處理相應(yīng)的數(shù)據(jù),能夠正確地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)功能。修正算法可有效補(bǔ)償?shù)卮艂鞲衅鞯母蓴_和誤差,校正三軸地磁數(shù)據(jù)的畸變和偏移;定向算法可正確地姿態(tài)角,并將誤差控制在較小的范圍內(nèi)。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2333131211arctanarcsinarctanTTTTT （2-66）2.4 算法仿真與分析高精度地磁定向算法中的地磁干擾修正算法涉及參量較多，，迭代過(guò)程較為復(fù)雜再移植到地磁定向平臺(tái)之前，需對(duì)其進(jìn)行仿真分析。根據(jù)式（2-1），使用 MATLAB 編寫(xiě)仿真程序，生成受到干擾和誤差影響的三軸地磁數(shù)據(jù)，然后使用地磁干擾修正算法修正這些數(shù)據(jù)，修正前后如圖 2-4 和 2-5。

圖 2-6 干擾修正算法仿真修改后的算法的平均迭代次數(shù)從 9 減少到了 5，且不再定性提高。在第 4 章，將對(duì)地磁干擾修正算法和姿態(tài)的運(yùn)行效果進(jìn)行測(cè)試。高精度地磁定向算法設(shè)計(jì)的總體方案，包括地磁干擾算法兩個(gè)部分。地磁干擾修正算法部分介紹了傳感器進(jìn)行滑動(dòng)平均濾波，然后使用牛頓迭代法和總體最小參數(shù)。高精度姿態(tài)解算算法部分介紹了歐拉角、方向加速度求滾轉(zhuǎn)角和俯仰角初值，然后利用地磁量求解航度迭代四元數(shù)，更新姿態(tài)角，實(shí)現(xiàn)高精度姿態(tài)解算。擾修正算法進(jìn)行仿真分析，提高了算法迭代速度和穩(wěn)定
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP212;P318

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本文編號(hào)：2600131