微型航姿系统的设计与姿态解算算法研究

《微型航姿系统的设计与姿态解算算法研究》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、分类号TN962密级公开UDC621.3学位论文编号D-10617-308(2016)-04018重庆邮电大学硕士学位论文中文题目微型航姿系统的设计与姿态解算算法研究英文题目DesignandResearchonattitudeCalculationalgorithmofmicroAttitudeAndHeadingReferenceSystem学号S130401018姓名刘琼学位类别工学硕士学科专业电子科学与技术指导教师刘宇教授完成日期2016年5月18日独创性声明本人在导巧巧巧下进行的研巧工化度化巧的研声巧巧呈文的学位论文是本人Ｉ乂标怯和致Ｗ的地义

2、外？论文中不包含他人巧成巧？尽我巧巧，巧了文中巧巧化巧，也不包含为获或巧他取位的己结发巧巧巧巧过的巧巧化片－学位或证书巧巧巧过的材？与巧同工作的人员材木文巧朽巧化的贵献均己在论文啤作了巧确的炭巧并巧Ｗ巧＊？化巧签名：、？．学位论文版权使用授权书巧的、韦：ＪＬ當去下ｉｌｆ巧ｆｉ巧大学巧权巧苗巧用兮化论文巧访巧和化子许论文技这巧和巧閣巧？向旧《巧乂巧口迎化巧巧父论文？允規定？巧学校有化丈全妍巧巧分內巧？巧＃入有关人巧Ｗ中大学可ｉｇ公如本学位论文的、巧印、巧巧巧巧巧巧、分Ｗ？可Ｗ采巧＆巧巧巧乐或信息系巧进打检索ｆ或巧化

3、．义？手段巧存、汇篇本学位论义带？）（化：保巧的学化论文在Ｗ密后适用本巧化化名《名冰导巧巧名：：令、＇（＞年《兴：＾日化＊＾月日日用《月！｜重庆邮电大学硕士学位论文摘要摘要姿态测量为导航和控制提供了精确的参考信息。传统的航姿参考系统虽然具有精度高的优势，但其体积大成本高的特点限制了航姿参考系统在民用领域的推广，只能应用于军用领域。但随着近几年民用领域对航姿参考系统的需求不断增加，比如机器人、无人机、船舶导航、三维游戏仿真等领域。在MEMS惯性传感器快速发展的历史背景下，使得开发一款低成本小型化航姿参考系统成为了可能。本文依托实验室在研项目，

4、开展了基于多元传感器的微型航姿参考系统的课题研究。本课题研制的微型航姿系统具有小型化、成本低、精度高等特点。首先，对本论文的研究背景及及意义进行了详细介绍，综述国内外惯性导航、MEMS传感器、航姿参考系统的发展状况。最后列出了本文的研究内容以及本论文的章节安排。其次，对微型航姿系统的基本原理进行了阐述，其中包括几种坐标系的定义以及载体的姿态表示、姿态方程以及常用的坐标系变换、惯导系统的基本方程、捷联式导航系统的基本原理，为课题的继续开展提供了理论基础。再次，给出了系统的整体设计方案，基于体积小、精度高，功耗低设计原则，搭建了基于ARM和多元传感器的硬件平台。完

5、成对航姿系统实验样机的研制，并对构成航姿系统的主要功能模块进行了调试。最后，对姿态解算算法进行了介绍，通过分析了算法的优劣性，选择基于四元数的扩展卡尔曼滤波姿态融合算法，该算法将陀螺仪、磁力计和加速度计进行数据融合。对应用该算法研制的实验样机进行静态实验、定点转停实验、摇摆实验、复合运动进行实验验证，实验表明微型航姿系统在静态环境下，航向角偏差为1，横滚角和俯仰角角偏差为0.5，在动态实验下，航向角的偏差为3，俯仰角和横滚角偏差为1，将自主研发的微型航姿系统与目前国内设计的两款航姿系统进行性能对比，比较表明自主研发的微型航姿系统可以满足工程应用

6、。达到设计前的预期。关键词：MEMS惯性传感器，航姿参考系统，姿态解算，四元数，扩展卡尔曼滤波I重庆邮电大学硕士学位论文AbstractAbstractAttitudemeasurementforthenavigationandcontrolprovidesaccuratereferenceinformation.Traditionalattitudeheadingreferencesystemhastheadvantagesofhighprecision,butitislimitedbythecharacteristicofthehighcostandlar

7、gevolume,whichcanonlybeusedinthemilitaryfield.However,inrecentyears,thedemandforattitudeheadingreferencesystemincivilfieldhasincreased,suchasrobots,unmannedaerialvehicle,shipnavigation,3Dgamesimulationandotherfields.InthehistoricalbackgroundoftherapiddevelopmentoftheMEMSinertialsens

8、or,itispossibletode