基于低成本MEMS器件的捷联航姿系统设计.pdf

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1、第23卷第11期传感技术学报Vo1．23No．112010年11月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSNOV．2010Design0fAHRSBasedonLow．CostMEMSDUJiyong，HUANGGuorong，ZhangFengming，LIUHuawei(EngineeringCollege，AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710038，China)Abstract：Tosatisfytheeagerrequirementsoflow-costandminiaturizatio

2、nattitudeheadingreferencesystem(AHRS)inthemilitaryandtechnicalfields，aself-developedspecialMEMS—basedisintroduced，thekeytechnol—ogiesofwhichareproposed．Magneticsensoraidedattitudeerrorcorrectionisproposed，rotationvectoralgorithmisadopted，andlow—orderKalmanfilterisdesigned，allofabovear

3、ebasedontheMIMUperformanceandthecoreprocessorcharacteristic．AnembeddedRTOS—basedsoftwaresystemistransplanted．ExperimentalresultsshowthattheAHRSworksinrealtimeandsteadily，withhigherprecision，whichhasvastofappliedforeground．Keywords：attitudeheadingreferencesystem；lowcost；rotationvectora

4、lgorithm；low—orderKalmanfilter；txC／OS一1IEEACC：7630doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2010．11．029基于低成本MEMS器件的捷联航姿系统设计术杜继永，黄国荣，张凤鸣，刘华伟(空军工程大学工程学院，西安710038)摘要：针对军事和工程领域对低成本、微小型航姿系统的迫切需求，介绍了自行设计的基于低成本MEMS器件的航姿系统，深入研究了构建该系统的关键技术。针对MIMU的性能特点及核心处理器的运算速度，给出了磁传感器的补偿算法，采用了基于等效旋转矢量的姿态解算方法，并应用了降阶卡尔曼滤波器

5、。通过移植~C／OS一Ⅱ实时操作系统，增强了系统的实时性。实验结果表明，所设计的航姿系统实时性好，精度可达要求，具有广阔的应用前景。关键词：航姿系统；低成本；等效旋转矢量法；低阶卡尔曼滤波器；~C／OS一Ⅱ中图分类号：U666．1；V249文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)11—1662—05当前，应用微小型航姿系统的场合日益增多，尤单元、GPS～OEM板、ARM导航计算机、程序升级接其在微小型运载体的导航、制导与姿态控制等领域，口及参数显示模块。需要指出的是，采用GPS—倍受亲睐。受国外所销售MEMS惯性测量器件的OEM板主要作为速度传感器使

6、用，这样设计既降低精度限制，在提高微机械惯性测量(Micro．Electronic了硬件开发的难度，又便于借助该航姿系统的硬件SystemInertialMeasurementUnit，MEMS—IMU)方面平台开展组合导航系统的研究，节约了二次开发成我国进行了一些研究u。本。系统硬件结构如图1所示。本文立足市场现有低成本MEMS惯性测量器件(AD公司的ADIS16405型MIMU)，设计了以ARM系列微处理器作为导航计算机的微小型航姿系统。针对其陀螺的性能特点，应用了低阶卡尔曼滤波算法以保证姿态测量精度；为满足系统实时性要求，采用基于等效旋转矢量算法进行姿态解算

7、，以降低导航计算机运算负担，并移植了IxC／OS一Ⅱ操作系统协调各导航任务。动、静态实验结果表明，该系统实时性好，姿态误差可控制在1。范围内。图1系统硬件结构图1．1微惯性测量组合1系统硬件组成ADIS16405惯性测量单元集成了三轴陀螺仪、微型捷联航姿系统硬件主要包括：微惯性测量三轴加速度计、三轴磁力计和温度传感器，具有抗干项目来源：国家自然科学基金项目资助(60304004)收稿日期：2010—05—08修改日期：2010—06—23第11期杜继永，黄国荣等：基于低成本MEMS器件的捷联航姿系统设计1663扰能力强、可靠性高、体积小巧等优点。该惯性测量消息队列

8、1；；消息