本文關鍵詞：基于ARM的捷聯慣性導航測量系統(tǒng)設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：導航技術是現代科技中非常重要的領域,是涉及多學科和多領域的尖端技術。捷聯慣性導航系統(tǒng)是近年來慣性技術發(fā)展的一個重要方向,捷聯慣性導航技術以成本低、體積小、自主性強等優(yōu)點,在飛行器導航領域得到越來越廣泛的應用。本文針對微小型無人機運動參數的測量需求,從理論上對捷聯慣性導航進行了研究,并設計了基于ARM的捷聯慣性測量系統(tǒng)。論文主要工作如下：(1)首先,本文闡述了捷聯慣性導航的基本原理；分析了慣性導航姿態(tài)解算的三種方法；介紹了慣性導航姿態(tài)參數、速度參數、位置參數更新理論。(2)其次,本文闡述了傳統(tǒng)的離散系統(tǒng)卡爾曼濾波。在此基礎上,提出了基于擴展卡爾曼濾波器的姿態(tài)估計算法和位置、速度估計算法,并分別求出姿態(tài)信息、位置信息、速度信息。在姿態(tài)角的解算中,為了提高姿態(tài)角推算的準確性,本文提出一種將動加速度作為噪聲加入到觀測方程,將陀螺儀的偏移誤差加入到狀態(tài)方程的解算方法,從而聯合推算姿態(tài)角。位置與速度解算中,針對GPS信號的不準確性,提出一種利用加速度計和氣壓計聯合補償推算的算法。(3)再次,本文結合捷聯慣性導航系統(tǒng)微型化、低功耗的特點,以STM32F401CC為主控器,以加速度計、陀螺儀、磁強計、氣壓計和GPS模塊為測量單元,通過Altium Designer和MDK開發(fā)環(huán)境,設計了慣性導航測量系統(tǒng)。(4)最后,為了驗證算法和硬件電路的可行性,將算法嵌入到系統(tǒng)中,對所設計的慣性導航測量系統(tǒng)進行實驗操作,驗證基于擴展卡爾曼的姿態(tài)、位置、速度算法的可行性；通過在微型多旋翼無人機上搭載本導航系統(tǒng)和商用高精度傳感器,驗證本系統(tǒng)的實用性能。
【關鍵詞】：捷聯慣性導航系統(tǒng) 數據融合技術 卡爾曼濾波
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.3
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 研究目的及意義8
• 1.2 國內外研究現狀8-11
• 1.2.1 捷聯慣性導航系統(tǒng)發(fā)展歷程9
• 1.2.2 慣性傳感器技術9-10
• 1.2.3 捷聯導航算法10-11
• 1.3 本文主要研究內容11-12
• 第二章 捷聯慣性導航測量系統(tǒng)相關理論12-22
• 2.1 系統(tǒng)坐標系理論12-13
• 2.1.1 坐標系的定義12-13
• 2.1.2 姿態(tài)角定義13
• 2.2 捷聯慣性導航系統(tǒng)原理13-14
• 2.3 姿態(tài)矩陣理論14-18
• 2.3.1 歐拉角14-15
• 2.3.2 方向余弦15-16
• 2.3.3 四元數16-18
• 2.3.4 三種算法優(yōu)缺點分析18
• 2.4 導航參數更新理論18-21
• 2.4.1 姿態(tài)參數更新18-19
• 2.4.2 速度參數更新19-21
• 2.4.3 位置參數更新21
• 2.5 本章小結21-22
• 第三章 捷聯慣性導航測量系統(tǒng)解算算法設計22-34
• 3.1 導航系統(tǒng)信息融合22-27
• 3.1.1 線性離散系統(tǒng)的卡爾曼濾波22-23
• 3.1.2 擴展卡爾曼濾波器23-27
• 3.2 導航系統(tǒng)姿態(tài)角預估算法27-30
• 3.2.1 互補濾波算法解算姿態(tài)角27-28
• 3.2.2 基于擴展卡爾曼的姿態(tài)角導航算法28-30
• 3.3 導航系統(tǒng)速度、位置預估算法30-33
• 3.3.1 高度測量32
• 3.3.2 基于擴展卡爾曼的速度與位置導航算法32-33
• 3.4 本章小結33-34
• 第四章 捷聯慣性導航測量系統(tǒng)硬件設計34-50
• 4.1 捷聯慣性導航測量系統(tǒng)硬件設計方案34-35
• 4.2 微處理器模塊35-37
• 4.3 傳感器模塊37-41
• 4.3.1 加速度計模塊37-38
• 4.3.2 陀螺儀模塊38-39
• 4.3.3 磁強計模塊39-40
• 4.3.4 GPS模塊40
• 4.3.5 氣壓計模塊40-41
• 4.4 信號采集模塊41-44
• 4.5 電源電路44-45
• 4.6 通信電路以及其他外圍電路45-46
• 4.7 硬件電路板的總體結構46-49
• 4.8 PCB布局49
• 4.9 本章小結49-50
• 第五章 捷聯慣性導航測量系統(tǒng)軟件設計50-54
• 5.1 軟件總體流程設計50
• 5.2 系統(tǒng)初始化模塊50-51
• 5.3 傳感器數據采集模塊51-53
• 5.4 導航解算模塊53
• 5.5 本章小結53-54
• 第六章 捷聯慣性導航測量系統(tǒng)實驗分析54-62
• 6.1 實驗原理與內容54
• 6.2 實驗設備與環(huán)境54-55
• 6.2.1 硬件設備54-55
• 6.2.2 實驗環(huán)境55
• 6.3 實驗過程及結果分析55-61
• 6.4 本章小結61-62
• 第七章 總結與展望62-63
• 7.1 論文總結62
• 7.2 工作展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-67
• 作者簡介67

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：基于ARM的捷聯慣性導航測量系統(tǒng)設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：390914