基于GMR传感器的姿态检测系统设计-论文.pdf

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1、2014正2014仪表技术与传感器第8期InstrumentTechniqueandSensorNO．8基于GMR传感器的姿态检测系统设计林亚坤，钱正洪，白茹，冀亮(杭州电子科技大学磁电子中心，浙江杭州310018)摘要：为解决电子罗盘在运动中航向角、俯仰角和横滚角精度差、噪声大的问题，设计了一款基于巨磁阻(GMR)传感器和微惯性器件的姿态检测系统。该系统采用四元素法描述载体姿态信息，利用三轴陀螺仪输出的角速度来解算姿态。由于陀螺仪的漂移误差随时间积累，该系统利用梯度下降算法对三轴GMR传感器和三轴加速度计采集的地磁场和重力场矢量进行数据融合，动态计算最优收敛

2、步长，逐次迭代修正陀螺漂移误差。实验结果表明：该系统在静止时能够较好补偿陀螺仪的漂移误差，在抖动测试中，该系统比电子罗盘具有更好的抑制噪声能力。关键词：巨磁阻；姿态检测系统；电子罗盘；陀螺仪；数据融合；四元素中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)08—0053—03DesignofAttitudeDetectingSystemBasedonGMRSensorLINYa—kun，QIANZheng—hong，BAIRu，JILiang(CenterforIntegratedSpintronicDevices，Hangzhou

3、DianziUniversity，Hangzhou310018，China)Abstract：Inordertosolvetheproblemsofelectroniccompass，whichincludingtheheadingangle，pitchangle，rollangle’Saccuracyandnoise，anattitudedetectingsystembasedonGMRsensorandmicroine~iMdeviceWasdesigned．Thissystemusedquatemiontode—scribetheattitudeinfo

4、rmationofcarrierandcalculated~titudeusingtheangularvelocitywhichWasoutputtedbythreeaxisgyroscope．Becausethegyrodrifterrorwouldbeaccumulatedovertime，thesystemusedgradientdescentalgorithmtofusethegeomagneticfieldandthegravitationalfieldvectordatathroughthethree-axisGMRsensorandthree—a

5、xisaccelerometer．Itcomputedoptimalconvergencestepdynamicallyandcorectgymdrifterroriteratively．TheexperimentalresultsshowthatworkingatstaticthesystemCancompensatethedrifterorofgyroscopebetter，andinjittertestitsabilityofnoisereductionisbetterthantheelectroniccompass．Keywords：GMR；attit

6、udedetectingsystem；electroniccompass；gyroscope；datafusion；quatemion0引言1系统整体设计载体姿态的准确测量在航天、机器人、导航、人体运动分析以姿态检测系统整体设计结构如图1所示，主要包括传感器及及机器交互等方面有着至关重要的作用J。姿态检测系统能够信号调理电路部分和微控制器及外围电路部分。系统采集三轴实时准确提供载体的航向角、俯仰角和横滚角等姿态信息，在航空GMR传感器、三轴陀螺仪和三轴加速度计的输出信号，在微控制器航天技术领域，是飞行器中姿态稳定平台的重要组成部分；在机器内进行数据融合和姿态解

7、算，通过RS232接口电路将载体的航向角、俯仰角和横滚角信息输入电脑，通过3D姿态显示上位机软件，人技术领域或医疗设备领域，可作为动作识别的关键组成部分；在直观显示当前载体的姿态信息。智能手机等终端设备，是设备空间姿态判断识别、防抖动技术、智能应用的重要硬件支撑。三轴陀螺仪邑目前，MEMS传感器在消费类电子产品中得到广泛应用。传感嚣受-供龟电16源V)L(3．3-IGMR传感器作为新型磁阻传感器，与AMR传感器相比，具有体积。I．小、灵敏度高、线性度好，磁场分辨率高、接口电路简单等优点，更适三轴加速度微控制器传感器(MCU)合在姿态检测系统中应用J。．1文中设

8、计了基于三轴GMR传感器、三轴陀螺仪和