指南針自古以來就是人們導航定向的重要工具。隨著科技的發(fā)展,電子羅盤產品以其獨有的優(yōu)良特性,逐漸替代了傳統(tǒng)指南針,廣泛應用于航海、勘測、戶外探險等領域。針對水下載體測向導航應用方向,本論文以新型電子羅盤為研究目標,設計了一套由三軸磁力儀和三軸加速度計構成的航姿測量系統(tǒng)。首先,利用地球磁場模型,深入研究基于電子羅盤的航向、姿態(tài)測量原理,形成系統(tǒng)總體設計方案和目標。其次,通過對比各類磁敏感器和加速度計的優(yōu)缺點,根據系統(tǒng)設計指標選取三軸矢量磁傳感器(TMR2309)和MEMS加速度計(ADXL355)作為核心敏感元件,構建航姿測量系統(tǒng)硬件平臺。硬件設計是本論文的主要工作,包括:硬件系統(tǒng)的方案論證、芯片選型、電路設計、功能仿真及驗證、參數優(yōu)化、電路調試;基于FPGA的信息采集和數據處理模塊設計、仿真、調試。之后,開展了軟件濾波算法、誤差補償校正算法和航向角計算等工作,實現了高頻干擾抑制、航向角平滑輸出。最后,在水平和傾斜兩種狀態(tài)下,對系統(tǒng)進行方位角測量實驗,經橢圓擬合,獲得磁場干擾誤差參數。本課題的研究實現了航姿測量系統(tǒng)原理性樣機設計,測試結果驗證了三軸矢量磁阻傳感器在電子羅盤中應用的可行性,有利于推進微型化電子羅盤在水下無人航行器等載體上的應用。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U666.1
【部分圖文】：

第 1 章 緒論北微傳感科技公司專門為存在磁干擾和動態(tài)運動環(huán)境提供高精度橫滾、俯仰和方位測量的慣性產品 HEC395。該產品包涵 9 自由度傳感器：3 軸加速度傳感器，3 軸磁傳感器和 軸陀螺儀。通過優(yōu)化的擴展卡爾曼濾波算法，產品實時輸出高精度姿態(tài)信息。航向精度為0.3°，分辨率達到 0.01°。HEC395 專門為提高磁羅盤的抗干擾能力而設計，當鐵性干擾物靠近產品時，HEC395 依然可以保持高精度方位信息。HEC395 同時也具有優(yōu)異的動態(tài)性能，保證了動態(tài)測量的高精度。高的性價比讓 HEC395 非常適合高航向精度要求場合。

第 2 章 姿態(tài)測量系統(tǒng)基本理論與工作原理第 2 章 姿態(tài)測量系統(tǒng)基本理論與工作原理系統(tǒng)理論基礎與數學模型建立1 地球磁場地球的磁場強度約為 0.4 至 0.7 高斯，其方向始終指向磁北，并且具有一個平行面的成分，而這些特點正是所有姿態(tài)測量的基礎。如圖 2-1 所示的雙極模型可形地球磁場。如圖所示在地球赤道上方處其方向水平指北向，在南半球其向上指北半球中地球磁場向下指向北，也就是說在任何情況下地球磁場的方向始終指而這地球磁場中平行于地球表面的分量信息正是被用來確定載體方向[24]。

第 2 章 姿態(tài)測量系統(tǒng)基本理論與工作原理第 2 章 姿態(tài)測量系統(tǒng)基本理論與工作原理系統(tǒng)理論基礎與數學模型建立1 地球磁場地球的磁場強度約為 0.4 至 0.7 高斯，其方向始終指向磁北，并且具有一個平行面的成分，而這些特點正是所有姿態(tài)測量的基礎。如圖 2-1 所示的雙極模型可形地球磁場。如圖所示在地球赤道上方處其方向水平指北向，在南半球其向上指北半球中地球磁場向下指向北，也就是說在任何情況下地球磁場的方向始終指而這地球磁場中平行于地球表面的分量信息正是被用來確定載體方向[24]。
【參考文獻】

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本文編號：2872962