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1、MEMS-SINS/GPS组合导航系统设计徐泽远,等MEMS-SINS/GPS组合导航系统设计DesignoftheMEMS-SINS/GPSIntegratedNavigationSystem徐泽远伊国兴魏振楠(哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要:针对我国军用和民用领域对微小型组合导航系统的迫切需求,提出了基于MEMS技术的SINS/GPS组合导航系统方案。为设计低成本、小体积、低功耗、高精度、高稳定性的组合导航系统,对微小型组合导航系统进行了研究,设计了传感器模块电路、数据处理电路和串口通信电
2、路。基于ARM芯片STM32F401RE进行了硬件设计,根据卡尔曼滤波算法设计了组合导航系统的软件和位姿估计算法。测试结果表明,所设计的组合导航系统满足导航精度要求。关键词:导航系统微机电系统捷联惯性导航系统串口通信卡尔曼滤波位姿估计算法全球定位系统数据处理中图分类号:TH-39;TP274+.2文献标志码:ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201612017Abstract:Accordingtotheurgentdemandsforminiatureintegratednavi
3、gationsystemsinourmilitaryandciviliondomains,theschemeofSINS/GPSintegratednavigationsystembasedonMEMSisproposed.Inordertodesigntheintegratednavigationsystemfeaturinglowcost,smallsizes,lowpowerconsumption,highaccuracyandhighstability,theminiatureintegratednaviga
4、tionsystemisstudied,andthecircuitsofsensormodule,dataprocessingandserialcommunicationaredesigned.BasedonthefeaturesofARMchipSTM32F401RE,hardwaredesignisconducted,andthesoftwareofintegratednavigationsystemandattitudeestimationalgorithmaredesignedinaccordancewith
5、Kalmanfilteringalgorithm.Testresultsshowthattheintegratednavigationsystemmeetstherequirementofprecisionofnavigation.Keywords:NavigationsystemMEMSSINSSerialcommunicationKalmanfilteringAttitudeestimationalgorithmGPSDataprocessing的影响,导致接收机无法捕获与跟踪信号,通常只能输0引言[7-9]出位
6、置与速度信息,且输出带宽低。由此可见,微型惯性器件包括微型陀螺仪和微型加速度计,MEMS-SINS与GPS在导航原理、误差特性等方面具是微机电系统(microelectromechanicalsystem,MEMS)有很强的互补性,故将MEMS-SINS与GPS组合起来[1]技术在惯性技术领域的成功应用。相比于传统的惯构成MEMS-SINS/GPS导航系统,可抑制误差随时间性器件,MEMS惯性器件在整体设计、材料与加工、器的积累,增强系统的抗干扰能力,提高GPS的输出带宽。件封装与检测等方面都采用了极其精微的工艺技术
7、,利用卡尔曼滤波技术可以实现信息融合,完成高精度、因而具有体积微小、质量极轻、价格较低、可靠性较高、长时间的导航任务。MEMS-SINS/GPS组合导航技术性价比较高等优势。是目前最具发展前景的导航技术之一,并且可成功应用基于MEMS技术的捷联惯性导航系统(strapdown于无人机、机器人、自动车辆、道路测量等领域。inertialnavigationsystem,SINS)具有成本低、体积小、可由于无人直升机对体积、质量、精度、实时性、动态靠性高、功耗低、环境适应能力强、使用寿命长等突出性能要求较高,本文以无人机
8、飞行控制系统为研究载[2-3]优势。但是,MEMS-SINS误差随时间积累,难以体,设计了基于微机械惯性导航和GPS的组合导航系独立胜任长时间、高精度的导航任务,并且性能好的器统。系统从工程实践出发,可满足以上组合导航系统[4-6]件通常尺寸较大。GPS导航技术具有全球性、全的设计特点和控制要求。天候定位、测速精度高的导航能力,而且使用方便、接
