小型无人直升机捷联式惯导系统的研究

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1、摘要摘要小型无人直升机(MiniUnmannedHelicopter，简称MUH)具有特殊的飞行能力，比如垂直升降、侧飞、倒飞和悬停等机动灵活的飞行性能。而且它体积小、质量轻，在实际应用中具有良好的隐蔽性、灵活性和很强的适应性。基于以上特点，MUH具有广阔的军用和民用前景。但与国际先进水平相比，我国对小型无人直升机相关领域的研究依然处于落后位置。导航系统是MUH的重要部分，它为MUH提供准确的姿态速度信息。导航系统的好坏直接影响到MUH飞行的稳定性。因此，开展对小型无人直升机导航系统的研究，使MUH能在军事和人民生活中得到广泛应用，具有重大意义。论文的主要研究目标是根据MU

2、H体积小、震动大的特点，选取合适的姿态更新算法，设计出适合MUH的导航系统，为其提供准确的姿态信息，使MUH能够稳定地飞行。本文主要从以下四个方面进行了深入分析与研究：(1)详细分析了平台式惯导系统和捷联式惯导系统的原理，并做了对比。捷联式惯导系统(StrapdownInertialNavigationSystem，简称SINS)省去了物理平台，取而代之的是“计算机平台"，系统结构简单，质量轻，成本低。因此，选取SINS为MUH的惯性导航系统；(2)阐述了捷联式惯导系统常用的姿态更新算法，解算出各算法的离算解。为选择误差小的姿态更新算法，利用simulink设计了算法仿真模

3、块。仿真结果表明，旋转矢量算法具有更小的误差，更适合作为MUH的姿态更新算法；(3)完成了系统的硬件设计。设计并制作了系统的惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，简称IMU)；选取AT89S52作为主芯片，设计并制作了信号采集模块；搭建了计算机平台；为软件设计提供了良好的硬件平台；(4)完成了系统信号采集板模块、计算机模块、通信模块和姿态更新算法模块的软件设计，给出了部分详细的代码。结果表明，设计的捷联式惯导系统能输出较稳定姿态信号，为下一步研究，奠定了基础。接下来的工作是进一步完善系统，增加系统的功能，使其在输出稳定姿态信息同时，能输出准确的速度、

4、位置等信息。关键词：小型无人直升机；捷联惯导；陀螺仪；姿态算法ⅡAbsLfactAbstractMiniUnmannedHelicopter(MUH)hasspecialflyingabilities，suchasascendandfallvertically，flysidely，movebackward，suspendintheairandSOon．Morevoveritisverysmallandlight，SOithaswonderfulcovencapability，flexiblecapabilityandadaptability．Basedonthecharac

5、teristicsreferedabove，MUHCanbewidelyusedbothinarmyandcivilian．Butcomparewithinternationaladvancedtechniquelevel，ChineseresearchonMUHareaisstilldropbehind．AsamainpartofMUH，navigationsystemcanprovideexactattitudeinformationofMUH．MUH’Sflyingstabilityisdependedonthecapabilityofnavigationsystem

6、．ThereforeitissignificanttoinspiremoepeoplejioningintheresearchonMUH．HopeitCanreallybewidelyusedbothinarmyandcivilianassoonaspossible．ThemainpurposeofthisthesisischoosingtheoptimalattitudealgorithmanddesigninganavigationsystemthatissuitableforMUHbasedonthecharacteristicsofMUH．Thisnavigatio

7、nsystemCallprovideexactattitudeinformationofMUHtomakesurethattheMUHcanflysteadily．Thisthesishasdonein—depthanalysisandresearchbasedon4aspectsasfollows：(1)DetaillyanalysedthetheoryofPlatformInertialNavigationSystemandStradwonInertialNavigationSystem(siNs)．InSIN