微型航姿系統(tǒng)的設(shè)計與姿態(tài)解算算法研究

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1、分類號TN962密級公開UDC621.3學(xué)位論文編號D-10617-308(2016)-04018重慶郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文中文題目微型航姿系統(tǒng)的設(shè)計與姿態(tài)解算算法研究英文題目DesignandResearchonattitudeCalculationalgorithmofmicroAttitudeAndHeadingReferenceSystem學(xué)號S130401018姓名劉瓊學(xué)位類別工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師劉宇教授完成日期2016年5月18日獨創(chuàng)性聲明本人在導(dǎo)巧巧巧下進行的研巧工化度化巧的研聲巧巧呈文的學(xué)位論文是本人Ｉ乂標(biāo)怯和致Ｗ的地義

2、外？論文中不包含他人巧成巧？盡我巧巧，巧了文中巧巧化巧，也不包含為獲或巧他取位的己結(jié)發(fā)巧巧巧巧過的巧巧化片－學(xué)位或證書巧巧巧過的材？與巧同工作的人員材木文巧朽巧化的貴獻均己在論文啤作了巧確的炭巧并巧Ｗ巧＊？化巧簽名：、？．學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書巧的、韋：ＪＬ當(dāng)去下ｉｌｆ巧ｆｉ巧大學(xué)巧權(quán)巧苗巧用兮化論文巧訪巧和化子許論文技這巧和巧閣巧？向舊《巧乂巧口迎化巧巧父論文？允規(guī)定？巧學(xué)校有化丈全妍巧巧分內(nèi)巧？巧＃入有關(guān)人巧Ｗ中大學(xué)可ｉｇ公如本學(xué)位論文的、巧印、巧巧巧巧巧巧、分Ｗ？可Ｗ采巧＆巧巧巧樂或信息系巧進打檢索ｆ或巧化

3、．義？手段巧存、匯篇本學(xué)位論義帶？）（化：保巧的學(xué)化論文在Ｗ密后適用本巧化化名《名冰導(dǎo)巧巧名：：令、＇（＞年《興：＾日化＊＾月日日用《月！｜重慶郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要姿態(tài)測量為導(dǎo)航和控制提供了精確的參考信息。傳統(tǒng)的航姿參考系統(tǒng)雖然具有精度高的優(yōu)勢，但其體積大成本高的特點限制了航姿參考系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的推廣，只能應(yīng)用于軍用領(lǐng)域。但隨著近幾年民用領(lǐng)域?qū)阶藚⒖枷到y(tǒng)的需求不斷增加，比如機器人、無人機、船舶導(dǎo)航、三維游戲仿真等領(lǐng)域。在MEMS慣性傳感器快速發(fā)展的歷史背景下，使得開發(fā)一款低成本小型化航姿參考系統(tǒng)成為了可能。本文依托實驗室在研項目，

4、開展了基于多元傳感器的微型航姿參考系統(tǒng)的課題研究。本課題研制的微型航姿系統(tǒng)具有小型化、成本低、精度高等特點。首先，對本論文的研究背景及及意義進行了詳細介紹，綜述國內(nèi)外慣性導(dǎo)航、MEMS傳感器、航姿參考系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。最后列出了本文的研究內(nèi)容以及本論文的章節(jié)安排。其次，對微型航姿系統(tǒng)的基本原理進行了闡述，其中包括幾種坐標(biāo)系的定義以及載體的姿態(tài)表示、姿態(tài)方程以及常用的坐標(biāo)系變換、慣導(dǎo)系統(tǒng)的基本方程、捷聯(lián)式導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理，為課題的繼續(xù)開展提供了理論基礎(chǔ)。再次，給出了系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，基于體積小、精度高，功耗低設(shè)計原則，搭建了基于ARM和多元傳感器的硬件平臺。完

5、成對航姿系統(tǒng)實驗樣機的研制，并對構(gòu)成航姿系統(tǒng)的主要功能模塊進行了調(diào)試。最后，對姿態(tài)解算算法進行了介紹，通過分析了算法的優(yōu)劣性，選擇基于四元數(shù)的擴展卡爾曼濾波姿態(tài)融合算法，該算法將陀螺儀、磁力計和加速度計進行數(shù)據(jù)融合。對應(yīng)用該算法研制的實驗樣機進行靜態(tài)實驗、定點轉(zhuǎn)停實驗、搖擺實驗、復(fù)?合運動進行實驗驗證，實驗表明微型航姿系統(tǒng)在靜態(tài)環(huán)境下，航向角偏差為?1，??橫滾角和俯仰角角偏差為?0.5，在動態(tài)實驗下，航向角的偏差為?3，俯仰角和橫?滾角偏差為?1，將自主研發(fā)的微型航姿系統(tǒng)與目前國內(nèi)設(shè)計的兩款航姿系統(tǒng)進行性能對比，比較表明自主研發(fā)的微型航姿系統(tǒng)可以滿足工程應(yīng)用

6、。達到設(shè)計前的預(yù)期。關(guān)鍵詞：MEMS慣性傳感器，航姿參考系統(tǒng)，姿態(tài)解算，四元數(shù)，擴展卡爾曼濾波I重慶郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractAbstractAttitudemeasurementforthenavigationandcontrolprovidesaccuratereferenceinformation.Traditionalattitudeheadingreferencesystemhastheadvantagesofhighprecision,butitislimitedbythecharacteristicofthehighcostandlar

7、gevolume,whichcanonlybeusedinthemilitaryfield.However,inrecentyears,thedemandforattitudeheadingreferencesystemincivilfieldhasincreased,suchasrobots,unmannedaerialvehicle,shipnavigation,3Dgamesimulationandotherfields.InthehistoricalbackgroundoftherapiddevelopmentoftheMEMSinertialsens

8、or,itispossibletode