本文關鍵詞：基于MEMS器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：航向姿態(tài)測量系統(tǒng)是多年來慣性技術發(fā)展的一個方向。航向姿態(tài)測量系統(tǒng)主要用于測量載體飛行的姿態(tài)和航向，以實現(xiàn)對載體的導航和控制。 本文在介紹了航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的發(fā)展、應用和組成之后指出基于MEMS器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)是一款高性能、低價位的慣性測量裝置，主要由微慣性測量單元和數(shù)字磁羅盤組成。微慣性測量單元是由MEMS慣性元器件組成，在討論和分析了MEMS慣性器件的誤差形成原因之后得出系統(tǒng)的誤差模型，并通過速率標定和位置標定進行系統(tǒng)誤差模型的系數(shù)分離。 基于MEMS器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)可精確測量載體在空間生標系中姿態(tài)、角速率和線加速度。根據(jù)捷聯(lián)算法計算出載體的姿態(tài)，采用FIR數(shù)字濾波和卡爾曼濾波進行誤差補償保證在動態(tài)環(huán)境下的可靠性和測量精度。 MEMS陀螺儀和MEMS加速度計是基于MEMS器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的主要傳感器，它們的精度也影響著整個系統(tǒng)精度和性能。傳統(tǒng)的慣性敏感元器件的測試一直都是有針對性的測試，代價較高也比較費時，難以實現(xiàn)MEMS慣性敏感元器件的批量測試。本論文在傳統(tǒng)測試的基礎上，基于VB 6.0開發(fā)出一套MEMS陀螺儀的自動化測試系統(tǒng)，在這套自動化測試系統(tǒng)中可以方便的設置MEMS陀螺儀的量程、MEMS陀螺儀的選點、MEMS陀螺儀選點之間的間隔時間、轉臺的轉速等等，實現(xiàn)了MEMS陀螺儀的小批量測試。 考慮到航向姿態(tài)測量系統(tǒng)實現(xiàn)中信息融合算法的計算顯相當大，對數(shù)據(jù)處理的速度要求也很苛刻。尋求一種性價比高、體積小、高速、高效的微處理芯片來實現(xiàn)上述算法也很有必要。因此，本論文用DSP代替導航計算機，采用了TI公司的TMS320VC33芯片。 最后，，本論文在系統(tǒng)樣機研制成功之后進行了系統(tǒng)的振動實驗、高低溫實驗和跑車實驗來驗證系統(tǒng)的精度達到了預期要求。同時，通過這一系列的實物實驗，證明了本文提出的基于MEMS器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)這個設計方案的可行性，使日后的工作可以有目的地開展。
【關鍵詞】：航向姿態(tài)測量系統(tǒng) MEMS器件 微慣性測量單元 數(shù)字磁羅盤 FIR數(shù)字濾波 卡爾曼濾波 TMS320VC33
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TH703
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的發(fā)展與應用9-11
• 1.2 MEMS技術的發(fā)展現(xiàn)狀及MEMS慣性器件的應用11-15
• 1.2.1 MEMS技術的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 MEMS慣性器件的應用14-15
• 1.3 課題研究的背景15-16
• 1.4 論文研究內容及主要工作16-19
• 第2章 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的工作原理及組成19-25
• 2.1 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)概述19-20
• 2.2 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的工作原理20-21
• 2.3 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的組成21-25
• 第3章 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的誤差分析25-47
• 3.1 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)誤差的分類25-26
• 3.2 陀螺儀及加速度計的數(shù)學模型分析26-33
• 3.3 MEMS陀螺儀的速率標定33-40
• 3.4 MEMS加速度計的位置標定40-47
• 第4章 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的算法實現(xiàn)47-63
• 4.1 慣性導航系統(tǒng)常用坐標系47-48
• 4.2 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的坐標變換48-51
• 4.3 常用的幾種捷聯(lián)姿態(tài)算法51-54
• 4.3.1 歐拉角法(三參數(shù)法)52
• 4.3.2 方向向余弦法(九參數(shù)法)52-53
• 4.3.3 四元數(shù)法(四參數(shù)法)53-54
• 4.4 系統(tǒng)的初始對準54-55
• 4.5 濾波設計55-63
• 4.5.1 FIR數(shù)字濾波器設計57
• 4.5.2 卡爾曼濾波設計57-63
• 第5章 基于MEMS器件與DSP的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)設計63-83
• 5.1 MEMS慣性器件的工作原理63-67
• 5.2 數(shù)字磁羅盤HMR-3000簡介67-69
• 5.3 數(shù)字信號處理器概述69-72
• 5.3.1 數(shù)字信號處理的特點69-70
• 5.3.2 數(shù)字信號處理器的發(fā)展70-71
• 5.3.3 數(shù)字信號處理器的分類71-72
• 5.4 TMS320VC33高速浮點數(shù)字信號處理器72-75
• 5.4.1 TMS320VC33概述72
• 5.4.2 TMS320VC33的CPU寄存器72-73
• 5.4.3 TMS320VC33應用系統(tǒng)的設計開發(fā)過程73-75
• 5.5 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)硬件設計75-83
• 5.5.1 系統(tǒng)的總體要求75-76
• 5.5.2 硬件電路結構76-77
• 5.5.3 AD轉換電路77-79
• 5.5.4 TMS320VC33的片外擴展79
• 5.5.5 電源模塊設計79-80
• 5.5.6 數(shù)字信號輸出電路80-83
• 第6章 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的MEMS陀螺儀自動化測試83-95
• 6.1 Microsoft Visual Basic 6.0簡介83
• 6.2 MEMS陀螺儀的自動化測試軟件設計83-95
• 6.2.1 MEMS陀螺儀速率實驗測試85-88
• 6.2.2 MEMS陀螺儀分辨率實驗測試88-90
• 6.2.3 MEMS陀螺儀漂移實驗測試90-95
• 第7章 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的實驗及分析95-117
• 7.1 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的物理特性95-96
• 7.2 微慣性測量單元的標定實驗及分析96-106
• 7.2.1 MEMS陀螺儀的標定實驗及分析97-101
• 7.2.2 MEMS加速度計的標定實驗及分析101-106
• 7.3 微慣性測量系統(tǒng)的振動實驗及分析106-108
• 7.4 微慣性測量系統(tǒng)的高低溫實驗及分析108-113
• 7.5 航向姿態(tài)測量系統(tǒng)跑車實驗及分析113-117
• 總結117-119
• 附錄1119-121
• 參考文獻121-125
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明125-127
• 發(fā)表論文情況:125-127
• 致謝127-128

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 唐軍;劉堯;劉俊;郭浩;石云波;張賀;溫渙飛;趙銳;;基于飛蛾觸角的仿生MEMS導航傳感器的設計與仿真[J];傳感技術學報;2012年05期

2 喬會敏;張嘉易;郝永平;王磊;;一種微機械陀螺儀誤差的高精度補償方法[J];國外電子測量技術;2012年08期

3 李滌非;華宇寧;張啟東;;FPGA的慣性導航系統(tǒng)設計及實現(xiàn)[J];沈陽理工大學學報;2013年01期

4 劉軍;董晶晶;時梟鵬;何國國;;汽車運動狀態(tài)在線測量及預報技術[J];中國公路學報;2011年04期

5 陳可;朱春云;于華男;;旋轉彈用MEMS慣導自主誤差抑制方法[J];戰(zhàn)術導彈技術;2012年06期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳巖;微慣性組合慣導系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 柯艷;基于微慣導系統(tǒng)的導彈飛行仿真系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];中北大學;2011年

3 黃風建;基于MIMU捷聯(lián)航姿系統(tǒng)算法研究[D];上海交通大學;2012年

4 梁勇;基于MEMS的航姿系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];哈爾濱工程大學;2011年

5 王少梅;高精度三維姿態(tài)傳感器測量系統(tǒng)的研究[D];西安工業(yè)大學;2012年

6 喬熠暉;MTi慣性測量單元及其測試平臺研究[D];中北大學;2012年

7 喬維維;四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研究與仿真[D];中北大學;2012年

8 彭貞慧;小型四旋翼無人直升機控制系統(tǒng)設計[D];南京理工大學;2010年

9 盛慶軒;MIMU/磁強計航姿參考系統(tǒng)研究[D];國防科學技術大學;2009年

10 胡三慶;基于MEMS加速度傳感器的空間運動軌跡追蹤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];華中科技大學;2009年

  本文關鍵詞：基于MEMS器件的航向姿態(tài)測量系統(tǒng)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：312595