【摘要】：道面坡度測(cè)量對(duì)于精細(xì)化導(dǎo)航系統(tǒng)及場(chǎng)面運(yùn)行模擬系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有重要意義。采用微機(jī)械電子系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system,MEMS)傳感器進(jìn)行加速度估計(jì)的方法提取道面坡度通常需要增加額外的傳感器,同時(shí)還會(huì)受到累積誤差的困擾。本文提出的基于智能手機(jī)MEMS傳感器的道面坡度提取方法,不需要額外的傳感器支持,采用零加速狀態(tài)檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)累積誤差的修正,進(jìn)而通過(guò)旋轉(zhuǎn)四元數(shù)估計(jì)與一種新的坡度提取方法實(shí)現(xiàn)了位置解算與坡度提取。首先,介紹了用于數(shù)據(jù)采集的智能手機(jī)中MEMS傳感器的工作原理,即三軸加速度計(jì)、三軸陀螺儀與三軸磁力計(jì)的工作原理,說(shuō)明了常用坐標(biāo)系以及坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。然后,提出了零加速狀態(tài)檢測(cè)方法,實(shí)現(xiàn)了不需額外傳感器的累計(jì)誤差處理。根據(jù)零加速狀態(tài)檢測(cè)的兩種不同輸出結(jié)果,提出了在零加速狀態(tài)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)四元數(shù)初始化的方法,進(jìn)行旋轉(zhuǎn)四元數(shù)的估計(jì)。根據(jù)獲得的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)和傳感器采集的數(shù)據(jù)可以對(duì)加速度進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和重力加速度補(bǔ)償,將得到的運(yùn)動(dòng)加速度進(jìn)行積分,實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)位置的解算。提出了利用重力加速度方向不變性,通過(guò)載體坐標(biāo)系中的重力加速度矢量方向的變化的方法,實(shí)現(xiàn)了道面坡度信息提取。最后,利用智能手機(jī)搭建了三種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,通過(guò)IP互聯(lián)的方式,將所采集數(shù)據(jù)通過(guò)手機(jī)端mobile MATLAB同步到電腦端MATLAB中,從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值設(shè)置、零加速狀態(tài)檢測(cè)和旋轉(zhuǎn)四元數(shù)估計(jì)的處理。通過(guò)對(duì)三種實(shí)驗(yàn)方案的結(jié)果分析,驗(yàn)證了本文所提出的位置解算與坡度提取算法的正確性與有效性。
【圖文】：

圖 2-1 傳統(tǒng)加速度計(jì)的組成和工作原理 加速度計(jì)的工作原理類似于傳統(tǒng)加速度計(jì)。MEMS 加速度計(jì)很大的懸臂式電容器板，可移動(dòng)電容器板位于兩個(gè)固定電容器式可知 S /d電容， 是常數(shù)，S 是電容板的面積，d 是電容板之間的距離。EMS 加速度計(jì)可以通過(guò)控制電容板的面積，根據(jù)電容變化量后通過(guò)懸臂的彈性系數(shù)獲得當(dāng)前加速度。同時(shí)，通過(guò)正交地布測(cè)三個(gè)正交方向上的加速度。0 2 4 6 8 10 12-505x加速度軸[m/s2]

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)受到噪聲的干擾，并且具有很高的靈敏水平靜止放置在桌面上，加速度計(jì)測(cè)得的三軸加速度的速度計(jì)的測(cè)量值也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)值，并且 x 軸與 y 軸的值值是在重力加速度值附近進(jìn)行波動(dòng)。螺儀檢測(cè)載體的角速度。傳統(tǒng)陀螺儀的工作原理是角動(dòng)量守的物體，承載它的支架的旋轉(zhuǎn)并不會(huì)改變其方向。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U463.67;TP212

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