水下航行器（Underwater Vehicle,UV）定位,尤其是民用領(lǐng)域UV,主要依賴有“水中衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”之稱的聲學(xué)定位系統(tǒng)。然而,聲學(xué)定位系統(tǒng)缺少導(dǎo)航用航姿信息。近幾年,隨著小型UV的快速發(fā)展,免校準超短基線（Ultra Short Base Line,USBL）聲學(xué)定位系統(tǒng)越來越成為聲學(xué)定位系統(tǒng)的主要形式,其對小尺寸、低功耗、高精度航姿傳感器具有緊迫需求。針對以上需求和問題,本文設(shè)計了一款基于微機電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical Systems,MEMS）的慣性器件和磁傳感器構(gòu)建的微型化航姿傳感器系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高性能的32位微控制器STM32F411RET6為核心處理單元,以三軸MEMS加速度計、三軸MEMS陀螺儀和三軸微磁傳感器作為載體運動信息感知單元,集成溫度傳感器監(jiān)測系統(tǒng)工作環(huán)境溫度�；谇度胧綄崟r操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅲ研發(fā)了航姿傳感器的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、誤差補償、融合運算、數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)存儲等任務(wù)間的調(diào)度與管理,提高系統(tǒng)運行的實時性和穩(wěn)定性。在分析傳感器關(guān)鍵性能指標的基礎(chǔ)上,通過系統(tǒng)硬件設(shè)計,降低系統(tǒng)整體功耗。針對傳感器存在的不... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１國外部分成熟ＭＩＭＵ產(chǎn)品圖??國內(nèi)對于ＭＥＭＳ傳感器的研宄工作始于１９８９年，以高校和研宂所的科研團??

?１１９＊１１４＊１２４?１３６０?＜１０??Ｉｎｎａｌａｂｓ??０．０４／０．２?０．１７／０．５?１０６＊２９＊２６?１５０?１．５??Ｉｎｎａｌａｂｓ?ＡＨＲＳ??ＭｉｎｉＡＨＲＳ?０．５／２?１／２?６１＊３３＊１７?３０?０．４６??ＳＢＧ?Ｅｌｌｉｐｓｅ２－Ａ?０．１?０．８?４６＊４５＊２４?＜４５?＜０．４６??Ｓｙｓｔｅｍｓ??Ｍ臞鄭??（ａ）?ＭＴｉ－３００?（ｂ）ＡＨＲＳ５００ＧＡ?（ｃ）?ＭｉｎｉＡＨＲＳ?（ｄ）?Ｅｌｌｉｐｓｅ２－Ａ??圖１．２國外部分成熟航姿傳感器產(chǎn)品圖??國內(nèi)眾多科研機構(gòu)和企業(yè)也開展了大量相關(guān)研宄工作，并取得了一定的成就，??具備獨立開發(fā)研制能力。西北工業(yè)大學(xué)研制的航姿傳感器靜態(tài)下姿態(tài)角誤差為??±０．２°、航向角誤差為±０．１°；中航６１８所制作的航姿傳感器的姿態(tài)測量精度為０．３°；??桂林飛宇科技公司推出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高精度航姿傳感器??ＦＹ－ＡＨＲＳ－３００Ａ，航向精度為±０．５°，靜態(tài)姿態(tài)精度０．５°、動態(tài)精度２°；北京星網(wǎng)??宇達科技公司生產(chǎn)的ＡＨＲＳ５５００，靜態(tài)下航向角精度０．３°，姿態(tài)角精度０．１°。在??航姿傳感器與ＧＰＳ組合慣性測量系統(tǒng)上也進行了深入研究，以高校科研機構(gòu)為??主，如清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)等［２３】，在系統(tǒng)研發(fā)和性能測試??方面做了大量工作，取得了相當不錯的成績。目前，國內(nèi)研發(fā)的組合航姿測量系??統(tǒng)，定位精度可達４ｍ，在動態(tài)性不高的情況下精度在２ｍ以內(nèi)，但當ＧＰＳ信號??不強或動態(tài)性較強時，誤差累積比較嚴重，僅３０ｓ時間誤差就有１５０－２００ｍ，需??要其它設(shè)備進行輔助或進一步改善算法。因此，國內(nèi)在

?第１章緒論???ｋ?，??（ａ）?ＣＳ－ＡＨＲＳ－０５Ｂ?（ｂ）?ＦＹ－ＡＨＲＳ－２０００Ｂ??圖１．３部分國產(chǎn)航姿傳感器產(chǎn)品圖??１．３本文主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排??本文針對水下航行器定位、小型無人機、個人應(yīng)用等便攜式設(shè)備對航姿傳感??器的低功耗需求，通過優(yōu)選微控制器和ＭＡＲＧ傳感器，設(shè)計了一款以??ＳＴＭ３２Ｆ４１１ＲＥＴ６為微控制器，由加速度計ＬＩＳ３ＬＶ０２ＤＬ、陀螺儀ＸＶ７０１１ＢＢ和??磁傳感器ＲＭ３１００等組成的微型航姿傳感器系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)測量精度高、動態(tài)??響應(yīng)快的同時降低系統(tǒng)功耗，采用ＡＵＫＦ算法，提高系統(tǒng)測量精度和穩(wěn)定性；??考慮溫度變化引起的ＭＡＲＧ傳感器性能波動，集成溫度傳感器ＬＭ７５Ａ，監(jiān)測系??統(tǒng)模塊的溫度，開展高低溫實驗研宄傳感器靈敏度系數(shù)和偏置的溫度特性，建立??傳感器溫度補償模型，實時補償傳感器的溫度特性偏差，提高系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性，??并開展測試實驗驗證溫度補償效果。??本文共五個章節(jié)，每個章節(jié)的主要內(nèi)容如下：??第一章為緒論，分析了用于小型ＵＶ的聲學(xué)定位系統(tǒng)對低功耗、高精度微型??航姿傳感器的迫切需求，對ＭＥＭＳ慣性傳感器和航姿傳感器進行了簡要介紹，??并具體闡述了?ＭＥＭＳ加速度計、ＭＥＭＳ陀螺儀以及ＭＩＭＵ、航姿傳感器的國內(nèi)??外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，最后對本文的研宄內(nèi)容進行了簡要概述。??第二章為航姿傳感器系統(tǒng)的總體設(shè)計與實現(xiàn)，首先介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計方??案，給出了航姿傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，然后介紹了系統(tǒng)各模塊的功能和電路設(shè)??計，展示了航姿傳感器的實物樣機；簡要介紹了航姿傳感器的軟件開發(fā)環(huán)境Ｋｅｉｌ??ＭＤＫ，基于嵌入式實時操作系統(tǒng)設(shè)計了軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]MEMS慣性傳感器現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 卞玉民,胡英杰,李博,徐淑靜,楊擁軍.  計測技術(shù). 2019(04)
[2]用于水下ROV控制的姿態(tài)融合技術(shù)研究[J]. 裴國棟,溫亞楠,朱莉莉.  船電技術(shù). 2018(04)
[3]無磁轉(zhuǎn)臺的電子羅盤誤差分離標定方法[J]. 高可,林新華,儲志偉,武靖博.  傳感器與微系統(tǒng). 2017(02)
[4]基于強跟蹤AUKF的目標跟蹤算法[J]. 楊倩,王洋,趙紅梅,崔光照.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2016(17)
[5]MEMS加速度計的誤差補償方法[J]. 許鵬,陳琳,王娟.  微納電子技術(shù). 2016(07)
[6]基于Kalman濾波和六位置法的加速度計標定補償[J]. 劉宇,季廷洪,向高林,張欣,龔爽,寧莉莎.  壓電與聲光. 2016(01)
[7]微機械加速度計的溫漂性能研究綜述[J]. 張霞.  固體電子學(xué)研究與進展. 2015(06)
[8]MEMS慣性導(dǎo)航傳感器[J]. 周紅進,鐘云海,易成濤.  艦船科學(xué)技術(shù). 2014(01)
[9]MEMS加速度計溫漂預(yù)測補償模型[J]. 徐哲,劉云峰,董景新.  中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2012(05)
[10]MEMS加速度計靜態(tài)溫度模型的辨識[J]. 夏克洪,米亮.  電子設(shè)計工程. 2012(10)

博士論文
[1]基于MARG傳感器的AHRS關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李翔.西安電子科技大學(xué) 2013
[2]小型AUV水下導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 張強.哈爾濱工程大學(xué) 2011

碩士論文
[1]MEMS慣性測量單元測試標定方法研究[D]. 張勝男.中北大學(xué) 2019
[2]基于MEMS慣性器件的姿態(tài)測量系統(tǒng)的研究[D]. 成雅麗.中北大學(xué) 2019
[3]基于GPS/MEMS慣性組件復(fù)合測姿方法研究[D]. 張瑞雪.中北大學(xué) 2019
[4]基于MEMS的運動姿態(tài)參考系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D]. 展浩.哈爾濱工程大學(xué) 2019
[5]基于自適應(yīng)擴展卡爾曼濾波的微小型航姿系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 路小燕.南京航空航天大學(xué) 2018
[6]基于微傳感器組合導(dǎo)航的便攜式個人設(shè)備的設(shè)計與研究[D]. 向磊.重慶郵電大學(xué) 2017
[7]基于MARG傳感器的車輛姿態(tài)測量算法的研究[D]. 李超.山東大學(xué) 2017
[8]MEMS加速度計溫度補償方法研究[D]. 劉滔.蘇州大學(xué) 2017
[9]MEMS陀螺儀隨機漂移誤差補償技術(shù)的研究[D]. 霍元正.東南大學(xué) 2015
[10]基于MEMS的資料浮標姿態(tài)傳感器的設(shè)計和實現(xiàn)[D]. 侯慶余.中國海洋大學(xué) 2014



本文編號：3634698