【摘要】：道面坡度測量對于精細化導(dǎo)航系統(tǒng)及場面運行模擬系統(tǒng)的開發(fā)具有重要意義。采用微機械電子系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system,MEMS)傳感器進行加速度估計的方法提取道面坡度通常需要增加額外的傳感器,同時還會受到累積誤差的困擾。本文提出的基于智能手機MEMS傳感器的道面坡度提取方法,不需要額外的傳感器支持,采用零加速狀態(tài)檢測的方法實現(xiàn)對累積誤差的修正,進而通過旋轉(zhuǎn)四元數(shù)估計與一種新的坡度提取方法實現(xiàn)了位置解算與坡度提取。首先,介紹了用于數(shù)據(jù)采集的智能手機中MEMS傳感器的工作原理,即三軸加速度計、三軸陀螺儀與三軸磁力計的工作原理,說明了常用坐標系以及坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。然后,提出了零加速狀態(tài)檢測方法,實現(xiàn)了不需額外傳感器的累計誤差處理。根據(jù)零加速狀態(tài)檢測的兩種不同輸出結(jié)果,提出了在零加速狀態(tài)下進行旋轉(zhuǎn)四元數(shù)初始化的方法,進行旋轉(zhuǎn)四元數(shù)的估計。根據(jù)獲得的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)和傳感器采集的數(shù)據(jù)可以對加速度進行坐標轉(zhuǎn)換和重力加速度補償,將得到的運動加速度進行積分,實現(xiàn)了平臺位置的解算。提出了利用重力加速度方向不變性,通過載體坐標系中的重力加速度矢量方向的變化的方法,實現(xiàn)了道面坡度信息提取。最后,利用智能手機搭建了三種實驗平臺進行數(shù)據(jù)采集,通過IP互聯(lián)的方式,將所采集數(shù)據(jù)通過手機端mobile MATLAB同步到電腦端MATLAB中,從而對數(shù)據(jù)進行閾值設(shè)置、零加速狀態(tài)檢測和旋轉(zhuǎn)四元數(shù)估計的處理。通過對三種實驗方案的結(jié)果分析,驗證了本文所提出的位置解算與坡度提取算法的正確性與有效性。
【圖文】：

圖 2-1 傳統(tǒng)加速度計的組成和工作原理 加速度計的工作原理類似于傳統(tǒng)加速度計。MEMS 加速度計很大的懸臂式電容器板，可移動電容器板位于兩個固定電容器式可知 S /d電容， 是常數(shù)，S 是電容板的面積，d 是電容板之間的距離。EMS 加速度計可以通過控制電容板的面積，根據(jù)電容變化量后通過懸臂的彈性系數(shù)獲得當前加速度。同時，通過正交地布測三個正交方向上的加速度。0 2 4 6 8 10 12-505x加速度軸[m/s2]

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文檢測數(shù)據(jù)時，會受到噪聲的干擾，并且具有很高的靈敏水平靜止放置在桌面上，加速度計測得的三軸加速度的速度計的測量值也會產(chǎn)生波動值，并且 x 軸與 y 軸的值值是在重力加速度值附近進行波動。螺儀檢測載體的角速度。傳統(tǒng)陀螺儀的工作原理是角動量守的物體，承載它的支架的旋轉(zhuǎn)并不會改變其方向。
【學(xué)位授予單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U463.67;TP212

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