基于MEMS与GPS的微小型航姿系统设计与实现

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于MEMS与GPS的微小型航姿系统设计与实现硕士研究生：王金龙指导教师：刘繁明教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：钱华明教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于MEMS与GPS的微小型航姿系统设计与实现硕士研究生：王金龙指导教师：刘繁明教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertati

2、onfortheDegreeofM.EngDesignandRealizationofMicroAttitudeHeadingReferenceSystemBasedonCombinationofMEMSandGPSCandidate:WangJinlongSupervisor:Prof.LiuFanmingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:January,2018DateofO

3、ralExamination:March,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人

4、完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）

5、：导师（签字）：日期：年月日年月日基于MEMS与GPS的微小型航姿系统设计与实现摘要航姿参考系统是为无人机提供姿态信息的机载航电系统之一，其输出的姿态信息是确保飞行器安全飞行的关键。传统的航姿参考系统体积较大而且成本较高，不适合在微小型无人机上使用，考虑到系统的体积、成本以及应用对象，本文设计了基于微惯性器件与GPS组合的微小型航姿系统，论文主要围绕着微惯性器件与GPS组合的测姿算法和系统硬件实现与软件实现等一系列航姿系统的关键技术展开研究。论文介绍了航姿系统的基础原理，分别说明了微惯性器件姿态解算的基本算法和GPS的定位原理，并在此基础上

6、，提出了基于扩展卡尔曼滤波的微惯性器件和GPS的组合测姿解算算法，并推导出组合测姿解算算法的状态方程和量测方程，最后通过使用Matlab仿真软件对所设计的组合测姿解算算法进行仿真，证明了该算法满足微小型航姿系统的要求，为航姿系统提供了可行的算法基础。在分析了组合测姿的系统原理的基础上，根据航姿系统的具体要求，分别完成了微小型航姿系统的硬件与软件设计方案。硬件电路以“DSP+MEMS+GPS”的架构为基础思想，设计了以TMS320F28377为核心处理器，九轴微惯性传感器芯片MPU9250为微惯性测量单元，国产化GPS模块UM220-III为

7、GPS测量模块的系统硬件方案。软件设计则是以CCS（CodeComposerStudio）为开发环境，采用模块化思想将整个航姿系统的软件分为初始化硬件模块、微惯性器件数据测量模块、GPS数据测量模块、姿态信息数据处理模块以及姿态信息显示模块，实现航姿系统的实时测姿与显示等功能。论文最后给出了系统的硬件电路调试和软件调试，证明了微惯性器件与GPS正常工作并准确的输出数据，同时上位机界面也可以接收解算后的姿态数据并显示，并且对航姿系统进行联合调试，分别验证了组合航姿系统在静态与动态的条件下，均可以完成对姿态的实时跟踪，证明了本次设计可以完成测量

8、航姿的目的，满足航姿系统的测量要求，达到了预期目标。关键词：航姿参考系统；微惯性器件；GPS；卡尔曼滤波；组合测姿哈尔滨工程大学硕士学位论文基于MEMS与GPS的微小型航姿系统设