【摘要】：航姿參考系統(tǒng)是為無人機提供姿態(tài)信息的機載航電系統(tǒng)之一,其輸出的姿態(tài)信息是確保飛行器安全飛行的關鍵。傳統(tǒng)的航姿參考系統(tǒng)體積較大而且成本較高,不適合在微小型無人機上使用,考慮到系統(tǒng)的體積、成本以及應用對象,本文設計了基于微慣性器件與GPS組合的微小型航姿系統(tǒng),論文主要圍繞著微慣性器件與GPS組合的測姿算法和系統(tǒng)硬件實現(xiàn)與軟件實現(xiàn)等一系列航姿系統(tǒng)的關鍵技術展開研究。論文介紹了航姿系統(tǒng)的基礎原理,分別說明了微慣性器件姿態(tài)解算的基本算法和GPS的定位原理,并在此基礎上,提出了基于擴展卡爾曼濾波的微慣性器件和GPS的組合測姿解算算法,并推導出組合測姿解算算法的狀態(tài)方程和量測方程,最后通過使用Matlab仿真軟件對所設計的組合測姿解算算法進行仿真,證明了該算法滿足微小型航姿系統(tǒng)的要求,為航姿系統(tǒng)提供了可行的算法基礎。在分析了組合測姿的系統(tǒng)原理的基礎上,根據(jù)航姿系統(tǒng)的具體要求,分別完成了微小型航姿系統(tǒng)的硬件與軟件設計方案。硬件電路以“DSP+MEMS+GPS”的架構為基礎思想,設計了以TMS320F28377為核心處理器,九軸微慣性傳感器芯片MPU9250為微慣性測量單元,國產(chǎn)化GPS模塊UM220-III為GPS測量模塊的系統(tǒng)硬件方案。軟件設計則是以CCS(Code Composer Studio)為開發(fā)環(huán)境,采用模塊化思想將整個航姿系統(tǒng)的軟件分為初始化硬件模塊、微慣性器件數(shù)據(jù)測量模塊、GPS數(shù)據(jù)測量模塊、姿態(tài)信息數(shù)據(jù)處理模塊以及姿態(tài)信息顯示模塊,實現(xiàn)航姿系統(tǒng)的實時測姿與顯示等功能。論文最后給出了系統(tǒng)的硬件電路調試和軟件調試,證明了微慣性器件與GPS正常工作并準確的輸出數(shù)據(jù),同時上位機界面也可以接收解算后的姿態(tài)數(shù)據(jù)并顯示,并且對航姿系統(tǒng)進行聯(lián)合調試,分別驗證了組合航姿系統(tǒng)在靜態(tài)與動態(tài)的條件下,均可以完成對姿態(tài)的實時跟蹤,證明了本次設計可以完成測量航姿的目的,滿足航姿系統(tǒng)的測量要求,達到了預期目標。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V243
【圖文】：

圖 1.1 AH2100 航姿系統(tǒng) 圖 1.2 MTI-G 航姿系統(tǒng)內(nèi)的科研院校近些年來也展開了大量對于 AHRS 的研究，并取得了一定技術上的其中以清華大學，上海交通大學，東南大學為代表，根據(jù)無人機的應用特點，采MU/GPS 組合模式，設計出低成本的組合導航系統(tǒng)，并且其定位誤差小于 15m[16]。業(yè)大學也針對低成本的基于 MEMS 航姿系統(tǒng)進行了深入的研究，設計了一種基量的地磁濾波技術的微型 AHRS 算法，并對算法進行仿真，驗證了算法的可行性國科學院也從對 AHRS 算法的設計入手，首創(chuàng)了一種改進的自適應 SRUKF 算法，度的增加航姿系統(tǒng)輸出信息的準確性[18]。論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排文主要研究設計了基于 MEMS/GPS 的微小型航姿系統(tǒng)，實現(xiàn)航姿系統(tǒng)體積小，，可靠性較高等要求。在 DPS+MEMS+GPS 的系統(tǒng)硬件框架基礎上，設計了組合姿算法，完成系統(tǒng)軟件設計，最后驗證航姿系統(tǒng)的基本功能。論文總共分為五章，節(jié)的具體內(nèi)容如下：一章：首先介紹了本課題研究的背景和意義，并且介紹了 MEMS 傳感器技術的

圖 1.1 AH2100 航姿系統(tǒng) 圖 1.2 MTI-G 航姿系統(tǒng)內(nèi)的科研院校近些年來也展開了大量對于 AHRS 的研究，并取得了一定技術上的其中以清華大學，上海交通大學，東南大學為代表，根據(jù)無人機的應用特點，采MU/GPS 組合模式，設計出低成本的組合導航系統(tǒng)，并且其定位誤差小于 15m[16]。業(yè)大學也針對低成本的基于 MEMS 航姿系統(tǒng)進行了深入的研究，設計了一種基量的地磁濾波技術的微型 AHRS 算法，并對算法進行仿真，驗證了算法的可行性國科學院也從對 AHRS 算法的設計入手，首創(chuàng)了一種改進的自適應 SRUKF 算法，度的增加航姿系統(tǒng)輸出信息的準確性[18]。論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排文主要研究設計了基于 MEMS/GPS 的微小型航姿系統(tǒng)，實現(xiàn)航姿系統(tǒng)體積小，，可靠性較高等要求。在 DPS+MEMS+GPS 的系統(tǒng)硬件框架基礎上，設計了組合姿算法，完成系統(tǒng)軟件設計，最后驗證航姿系統(tǒng)的基本功能。論文總共分為五章，節(jié)的具體內(nèi)容如下：一章：首先介紹了本課題研究的背景和意義，并且介紹了 MEMS 傳感器技術的

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 丁君;趙忠華;;AHRS航姿解算中的兩種濾波方法的比較研究[J];計算機仿真;2013年09期

2 盛漢霖;張?zhí)旌?劉冬冬;;基于擴展卡爾曼濾波器的低成本航姿系統(tǒng)設計[J];系統(tǒng)工程與電子技術;2013年10期

3 陳劍;孫金海;李金海;閻躍鵬;;GPS/AHRS緊耦合系統(tǒng)中改進的SRUKF算法[J];哈爾濱工程大學學報;2012年10期

4 江杰;朱君;豈偉楠;;四旋翼無人飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)[J];計算機測量與控制;2012年06期

5 吳高龍;劉華偉;郝順義;張宗麟;;對偶四元數(shù)導航的簡化算法[J];應用科學學報;2010年06期

6 黃顯林;李明明;盧鴻謙;胡海東;;非線性地磁/GPS/SINS組合導航方法[J];哈爾濱工程大學學報;2010年10期

7 徐建功;趙捷;李偉;田杰;;基于STM32F103XX微處理器的Micro SD卡讀寫[J];現(xiàn)代電子技術;2010年20期

8 趙琳;劉付強;王文晶;徐博;;基于MEMS慣性器件的微型船用組合測姿系統(tǒng)設計[J];系統(tǒng)仿真學報;2009年14期

9 錢山;李鵬奎;張士峰;蔡洪;;MIMU/GPS組合導航建模及GPS時間延遲補償算法研究[J];系統(tǒng)工程與電子技術;2009年06期

10 林雪原;何友;;GPS/羅蘭C/SINS/AHRS組合導航系統(tǒng)及試驗[J];電子科技大學學報;2008年01期

相關博士學位論文 前1條

1 夏琳琳;低成本AHRS/GPS緊耦合融合濾波技術研究[D];哈爾濱工程大學;2008年

相關碩士學位論文 前10條

1 沈興濤;現(xiàn)代有軌電車組合定位系統(tǒng)[D];蘭州交通大學;2014年

2 陳建軍;基于嵌入式技術的高精度組合導航技術的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

3 苗勃然;基于MIMU的SINS/GPS深組合導航算法[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

4 伊程毅;基于地磁和微慣性器件組合的姿態(tài)測量系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

5 羅濤;車輛GPS/SINS組合導航系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];中南大學;2013年

6 王媛;車載組合導航系統(tǒng)技術研究[D];哈爾濱工程大學;2013年

7 苗岳旺;SINS/GPS組合導航數(shù)據(jù)處理方法研究[D];解放軍信息工程大學;2013年

8 張建強;基于MEMS的嵌入式組合導航系統(tǒng)研究與設計[D];湖南大學;2013年

9 袁政;無人機航姿參考系統(tǒng)開發(fā)及信息融合算法研究[D];中南大學;2012年

10 楊續(xù)偉;基于微慣性組合的嵌入式航姿參考系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2012年

本文編號：2716684