水下航行器（Underwater Vehicle,UV）定位,尤其是民用領(lǐng)域UV,主要依賴有“水中衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”之稱的聲學(xué)定位系統(tǒng)。然而,聲學(xué)定位系統(tǒng)缺少導(dǎo)航用航姿信息。近幾年,隨著小型UV的快速發(fā)展,免校準(zhǔn)超短基線（Ultra Short Base Line,USBL）聲學(xué)定位系統(tǒng)越來越成為聲學(xué)定位系統(tǒng)的主要形式,其對(duì)小尺寸、低功耗、高精度航姿傳感器具有緊迫需求。針對(duì)以上需求和問題,本文設(shè)計(jì)了一款基于微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical Systems,MEMS）的慣性器件和磁傳感器構(gòu)建的微型化航姿傳感器系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高性能的32位微控制器STM32F411RET6為核心處理單元,以三軸MEMS加速度計(jì)、三軸MEMS陀螺儀和三軸微磁傳感器作為載體運(yùn)動(dòng)信息感知單元,集成溫度傳感器監(jiān)測系統(tǒng)工作環(huán)境溫度�；谇度胧綄�(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅲ研發(fā)了航姿傳感器的數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、誤差補(bǔ)償、融合運(yùn)算、數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等任務(wù)間的調(diào)度與管理,提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。在分析傳感器關(guān)鍵性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上,通過系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),降低系統(tǒng)整體功耗。針對(duì)傳感器存在的不... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１國外部分成熟ＭＩＭＵ產(chǎn)品圖??國內(nèi)對(duì)于ＭＥＭＳ傳感器的研宄工作始于１９８９年，以高校和研宂所的科研團(tuán)??

?１１９＊１１４＊１２４?１３６０?＜１０??Ｉｎｎａｌａｂｓ??０．０４／０．２?０．１７／０．５?１０６＊２９＊２６?１５０?１．５??Ｉｎｎａｌａｂｓ?ＡＨＲＳ??ＭｉｎｉＡＨＲＳ?０．５／２?１／２?６１＊３３＊１７?３０?０．４６??ＳＢＧ?Ｅｌｌｉｐｓｅ２－Ａ?０．１?０．８?４６＊４５＊２４?＜４５?＜０．４６??Ｓｙｓｔｅｍｓ??Ｍ臞鄭??（ａ）?ＭＴｉ－３００?（ｂ）ＡＨＲＳ５００ＧＡ?（ｃ）?ＭｉｎｉＡＨＲＳ?（ｄ）?Ｅｌｌｉｐｓｅ２－Ａ??圖１．２國外部分成熟航姿傳感器產(chǎn)品圖??國內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也開展了大量相關(guān)研宄工作，并取得了一定的成就，??具備獨(dú)立開發(fā)研制能力。西北工業(yè)大學(xué)研制的航姿傳感器靜態(tài)下姿態(tài)角誤差為??±０．２°、航向角誤差為±０．１°；中航６１８所制作的航姿傳感器的姿態(tài)測量精度為０．３°；??桂林飛宇科技公司推出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度航姿傳感器??ＦＹ－ＡＨＲＳ－３００Ａ，航向精度為±０．５°，靜態(tài)姿態(tài)精度０．５°、動(dòng)態(tài)精度２°；北京星網(wǎng)??宇達(dá)科技公司生產(chǎn)的ＡＨＲＳ５５００，靜態(tài)下航向角精度０．３°，姿態(tài)角精度０．１°。在??航姿傳感器與ＧＰＳ組合慣性測量系統(tǒng)上也進(jìn)行了深入研究，以高�？蒲袡C(jī)構(gòu)為??主，如清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)等［２３】，在系統(tǒng)研發(fā)和性能測試??方面做了大量工作，取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成績。目前，國內(nèi)研發(fā)的組合航姿測量系??統(tǒng)，定位精度可達(dá)４ｍ，在動(dòng)態(tài)性不高的情況下精度在２ｍ以內(nèi)，但當(dāng)ＧＰＳ信號(hào)??不強(qiáng)或動(dòng)態(tài)性較強(qiáng)時(shí)，誤差累積比較嚴(yán)重，僅３０ｓ時(shí)間誤差就有１５０－２００ｍ，需??要其它設(shè)備進(jìn)行輔助或進(jìn)一步改善算法。因此，國內(nèi)在

?第１章緒論???ｋ?，??（ａ）?ＣＳ－ＡＨＲＳ－０５Ｂ?（ｂ）?ＦＹ－ＡＨＲＳ－２０００Ｂ??圖１．３部分國產(chǎn)航姿傳感器產(chǎn)品圖??１．３本文主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排??本文針對(duì)水下航行器定位、小型無人機(jī)、個(gè)人應(yīng)用等便攜式設(shè)備對(duì)航姿傳感??器的低功耗需求，通過優(yōu)選微控制器和ＭＡＲＧ傳感器，設(shè)計(jì)了一款以??ＳＴＭ３２Ｆ４１１ＲＥＴ６為微控制器，由加速度計(jì)ＬＩＳ３ＬＶ０２ＤＬ、陀螺儀ＸＶ７０１１ＢＢ和??磁傳感器ＲＭ３１００等組成的微型航姿傳感器系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)測量精度高、動(dòng)態(tài)??響應(yīng)快的同時(shí)降低系統(tǒng)功耗，采用ＡＵＫＦ算法，提高系統(tǒng)測量精度和穩(wěn)定性；??考慮溫度變化引起的ＭＡＲＧ傳感器性能波動(dòng)，集成溫度傳感器ＬＭ７５Ａ，監(jiān)測系??統(tǒng)模塊的溫度，開展高低溫實(shí)驗(yàn)研宄傳感器靈敏度系數(shù)和偏置的溫度特性，建立??傳感器溫度補(bǔ)償模型，實(shí)時(shí)補(bǔ)償傳感器的溫度特性偏差，提高系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性，??并開展測試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證溫度補(bǔ)償效果。??本文共五個(gè)章節(jié)，每個(gè)章節(jié)的主要內(nèi)容如下：??第一章為緒論，分析了用于小型ＵＶ的聲學(xué)定位系統(tǒng)對(duì)低功耗、高精度微型??航姿傳感器的迫切需求，對(duì)ＭＥＭＳ慣性傳感器和航姿傳感器進(jìn)行了簡要介紹，??并具體闡述了?ＭＥＭＳ加速度計(jì)、ＭＥＭＳ陀螺儀以及ＭＩＭＵ、航姿傳感器的國內(nèi)??外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，最后對(duì)本文的研宄內(nèi)容進(jìn)行了簡要概述。??第二章為航姿傳感器系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，首先介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方??案，給出了航姿傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，然后介紹了系統(tǒng)各模塊的功能和電路設(shè)??計(jì)，展示了航姿傳感器的實(shí)物樣機(jī)；簡要介紹了航姿傳感器的軟件開發(fā)環(huán)境Ｋｅｉｌ??ＭＤＫ，基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)了軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]MEMS慣性測量單元測試標(biāo)定方法研究[D]. 張勝男.中北大學(xué) 2019
[2]基于MEMS慣性器件的姿態(tài)測量系統(tǒng)的研究[D]. 成雅麗.中北大學(xué) 2019
[3]基于GPS/MEMS慣性組件復(fù)合測姿方法研究[D]. 張瑞雪.中北大學(xué) 2019
[4]基于MEMS的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參考系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 展浩.哈爾濱工程大學(xué) 2019
[5]基于自適應(yīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波的微小型航姿系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 路小燕.南京航空航天大學(xué) 2018
[6]基于微傳感器組合導(dǎo)航的便攜式個(gè)人設(shè)備的設(shè)計(jì)與研究[D]. 向磊.重慶郵電大學(xué) 2017
[7]基于MARG傳感器的車輛姿態(tài)測量算法的研究[D]. 李超.山東大學(xué) 2017
[8]MEMS加速度計(jì)溫度補(bǔ)償方法研究[D]. 劉滔.蘇州大學(xué) 2017
[9]MEMS陀螺儀隨機(jī)漂移誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究[D]. 霍元正.東南大學(xué) 2015
[10]基于MEMS的資料浮標(biāo)姿態(tài)傳感器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D]. 侯慶余.中國海洋大學(xué) 2014



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