基于MEMS傳感器的嵌入式捷關慣性測量單元及其應用研究.pdf

1、軌道幾何參數(shù)是影響列車運行質(zhì)量的關鍵因素之一，為此世界各國均十分重視軌道幾何參數(shù)檢測技術(shù)和設備的開發(fā)。軌道幾何參數(shù)檢測的關鍵技術(shù)之一是獲取測量基準。本文針對軌道幾何參數(shù)測量基準的建立這一課題展開研究，在對比、分析多種基準建立方法后，提出了基于MEMS傳感器的慣性測量單元的基準測量方案。
　　論文首先深入研究了捷聯(lián)慣性測量的基本原理，在此基礎上建立了捷聯(lián)慣性基準的數(shù)學模型。為方便捷聯(lián)慣性解算算法的驗證，通過捷聯(lián)慣性解算的逆向過程，在

2、特定假設下推導出了載體理論運動軌跡、姿態(tài)以及載體坐標系上固聯(lián)的傳感器的理想輸出值。
　　為選擇合適的姿態(tài)解算算法，論文在不同強度的隨機噪聲干擾下，對比了四階龍格庫塔法、四階阿當姆斯法和四階海明法在圓錐運動下的姿態(tài)解算效果，結(jié)果表明，在干擾很小的情況下，四階龍格庫塔法的算法精度遠不及后兩者，而在干擾較大的情況下前者表現(xiàn)更優(yōu)，海明算法表現(xiàn)最差。
　　利用載體運動仿真實驗獲得的傳感器理論輸出值進行了基于四階龍格庫塔算法的捷聯(lián)慣性解

3、算數(shù)值仿真實驗，結(jié)果顯示，解算得出的曲線與理想曲線重合度極高，從原理上證明了算法具有可行性。
　　針對列車運行速度較低、運動受地面軌道約束以及MEMS傳感器精度不高的特點，論文把地面近似為慣性空間，對完整的捷聯(lián)慣性解算算法進行了合理、適度地簡化。對簡化算法進行了數(shù)值仿真實驗，結(jié)果表明，在短時間內(nèi)簡化算法仍然具有較高的精度，長時間后解算精度則顯著變差。
　　論文設計了以高性能ARM9內(nèi)核微控制器LPC3250為核心的嵌入式硬件

4、系統(tǒng)，針對硬件系統(tǒng)設計了基于四階龍格庫塔算法的C語言程序。為便于初值和傳感器零偏設置、解算結(jié)果顯示、以及歷史解算數(shù)據(jù)記錄，設計了上位機應用程序。軟硬件調(diào)試完成后，系統(tǒng)可獲得最高512Hz的解算頻率和128Hz的上傳頻率。
　　最后，在實驗室現(xiàn)有條件下對系統(tǒng)進行了盡可能的校準和測試。測試結(jié)果表明:本文所提簡化算法有比完整算法更低的解算誤差漂移速度，本文設計和研制的嵌入式捷聯(lián)慣性測量單元在短時間內(nèi)可以以較高的精度動態(tài)跟蹤當?shù)厮交鶞拭?/p>