基于mems微小型gps%2fsins组合测姿系统的研究

《基于mems微小型gps%2fsins组合测姿系统的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonMicroGPS/SINSintegratedattitudedeterminationsystemBasedonMEMSAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyMaPeishengAdvisedbyResearcher.XiaoQianguiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequi

2、rementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember，2012承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺

3、书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文研究内容是为某小型无人机研制一款姿态测量系统，完成无人机姿态角的实时解算，为姿态稳定回路提供所需的测量反馈。基于小型化、低功耗和低成本的考虑，论文采用中等精度的MIMU与GPS组合进行无人机姿态的测量。针对小型无人机高机动飞行的特点，使用GPS导出的机体运动加速度补偿加速度计输出。用补偿后所得的重力场分量和重力场、磁场解算得到的航向角作为观测量，并将四元数微分方程作为状态方程建立扩展卡尔曼滤波器，实现对无人机姿态角的滤波估计。组合后的测姿系统克服了陀螺测姿随时间发散、不能长期使用的缺点，实现了无人机高机动

4、、长航时飞行的精确测姿功能。为获得机动状态下，无人机重力加速度沿机体三轴的分量，论文对GPS导出加速度方法进行了研究。采用伪距率差分解算加速度，并使用渐消卡尔曼滤波器进行滤波，提高了机动状态下机体运动加速度的测量精度。从加速度计输出值中补偿掉运动加速度、哥式加速度和法向加速度，进而获得机动状态下机体重力加速度沿机体三轴的分量。一般情况下，MEMS陀螺测量精度较低，为提高系统的测量精度，论文采用Allan方差分析法分析了各误差项对陀螺随机误差的影响，为姿态解算过程中陀螺的随机误差模型的建立提供了依据。论文还通过渐消卡尔曼滤波器对陀螺的随机误差进行了补偿，解决了机

5、动状态下使用常规卡尔曼滤波补偿效果不理想的问题。论文采用模块化的设计思想，进行各模块的软件设计，实现了无人机机动和非机动飞行、GPS失锁和有效等状态下的系统兼容，保证了不同飞行状态和条件下系统对无人机姿态的精确测量。论文应用基于“DSP+MIMU+GPS-OEM板”架构形式的嵌入式航姿系统硬件平台，并在此硬件平台上，采用论文所设计的测姿方法进行了模拟飞行试验，达到了预期的目标。关键词：小型化无人机，GPS，微惯性测量单元，捷联惯性导航系统i基于MEMS的微小型GPS/SINS组合测姿系统研究ABSTRACTThegoalofthepaperistodevelo

6、panattitudedeterminationsystemforsmallUAV.ThesystemisusedtocalculatetheUAV’sattitudeangleinrealtime,whichprovidesmeasurementsfeedbackforattitudestabilizationloop.TakingintoaccountoftheMiniaturization,low-powerandlow-cost,thepaperadoptsthemediumprecisionMIMUandGPSintegrationfortheUAV

7、’sattitudemeasurement.AimingattheUAV’shighmaneuveringflightcharacteristic,weuseGPSderivedaccelerationsofairframemotiontocompensatetheaccelerometeroutput.Usingthecompensatedgravitationalaccelerationandtheazimuthsolvedbygravitationalfieldandmagneticfieldastheobservedquantities,andusin

8、gtheQuaterniondiffe