基于mems传感器的姿态解算的fpga实现

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1、学校代号10536学号12111020984分类号TN911密级公开硕士学位论文基于MEMS传感器的姿态解算的FPGA实现学位申请人姓名廖文平所在学院物理与电子科学学院指导教师贺慧勇（教授）学科专业电子科学与技术研究方向电路与系统论文提交日期2015年5月学校代号：10536学号：12111020984密级：公开长沙理工大学硕士学位论文基于MEMS传感器的姿态解算的FPGA实现学位申请人姓名廖文平指导教师贺慧勇（教授）所在学院物理与电子科学学院专业名称电子科学与技术论文提交日期2015年5月论文答辩日期2015年5月23日答辩委员会主席长沙理工大学学位论文原创性声明本

2、人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果，本论文不包含任。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。本人完全意识到本声明的，巧己在文中臥明确方式碌明法律后果由本人承担。作者签名：乏日期古件＾曰為丰／学位论文版权使用授校书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论丈的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可１＾｜将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索

3、，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向化会公众提供信息服务。本学位论文属于１、保密□，在密后适用本授权书。年解２、不保密亿＂＂（请在ｔＪ上相应方框ＶＪｌ内打）作者签名年０期：心／月导师签名：曰期；年月如广餐／＾每争TheImplementationofCarrierAttitudeAngledeCodingAlgorithmBasedonMEMSSenorandFPGAbyLIAOWenpingB.E.(HunanUniversi

4、tyofHumanities,ScienceandTechnology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinElectronicScienceandTechnologyinChangshaUniversityofScience&TechnologySupervisorProfessorHeHuiyongApril,2015摘要目前的姿态测量系统中的姿态解算大部分基本上是使用单片机、ARM、DSP、或者FPGA里的软核处理器及硬核

5、处理器等来实现，在处理的速度上受到一定的限制，一些处理过程不能同时进行，影响到姿态解算的速度。本文主要对姿态解算的全数字逻辑实现方式进行了研究，提出了一种利用FPGA来进行姿态解算的实现方案，希望可以提高姿态解算的处理速度及数据的可靠性。本设计利用FPGA的硬件结构，实现并行和流水线等结构；根据FPGA的数字逻辑特性，选择了比较合适的姿态解算实现方式。主要包括：传感器数据采集电路部分、信息融合部分、姿态解算部分、上位机通信等部分。通过对比互补滤波和卡尔曼滤波两种数据融合方法的优缺点，并根据FPGA的数字逻辑的特点选择了互补滤波的滤波方法；采用流水线的结构来实现CORDIC算法

6、，提高了计算速度；确定了使用四元数来实现姿态解算，提高了解算的准确性和开发效率；结合互补滤波算法和四元数法对传感器数据进行了处理并实现FPGA与上位机通信。通过逻辑分析仪和串口调试助手等工具对设计的正确性进行了验证、测试，结果表明本设计能基本完成姿态解算的目标，有一定的理论和实践价值。关键词:姿态解算；MEMS惯性器件；互补滤波；FPGA；四元数IABSTRACTNowattitudemeasurementsystemsintheattitudesolutionaremostbasicallytoachievetheusebysingle-chip,ARM,DSP,orinF

7、PGAsoftcoreprocessor,theymayhaverestrictionsontheprocessingspeedandreal-time,someprocessescannotworkatthesametime,asaresultitmayaffectthespeedofattitudesolution.Themaintopicofthispaperisastudyoffulldigitallogicimplementationofattitudeanglecodingalgorithm