基于MEMS的微小型嵌入式航姿參考系統(tǒng)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的航姿系統(tǒng)精度雖高但是成本也很高，而且體積也偏大，往往只適用軍事領(lǐng)域，在民用領(lǐng)域難以大規(guī)模使用。然而在越來越多的民用領(lǐng)域，如電子玩具、三維仿真、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、機(jī)器人、VR 游戲等領(lǐng)域，都急需低成本小型化航姿參考系統(tǒng)。隨著嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展及新型高性能慣性元器件的出現(xiàn)，使得研究低成本小型化航姿參考系統(tǒng)成為可能。本文研究一種基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器與數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的微小型航姿參考系統(tǒng)，具有低成本、小型化等特點(diǎn)，且具有較高

2、的精度。 本論文首先介紹了航姿參考系統(tǒng)的基本理論和工作原理，包括慣性系統(tǒng)中的常用坐標(biāo)系的定義、載體的姿態(tài)表示與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本方程以及姿態(tài)方程，并對(duì)捷聯(lián)姿態(tài)算法做了初步闡述。 本文采用四元數(shù)法解算姿態(tài)矩陣，同時(shí)采用卡爾曼濾波算法修正搖擺載體的姿態(tài)誤差來計(jì)算載體的姿態(tài)。 其次，本論文給出了整個(gè)基于MEMS的航姿參考系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。此系統(tǒng)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器及外圍接口、串口通信模塊及上

3、位PC機(jī)等組成。系統(tǒng)的傳感器模塊采用ADI公司三軸慣性組合ADIS16350 及Honeywell公司的三軸磁阻傳感器HMC1021Z/1022組成；數(shù)據(jù)采集模塊主要是為了解決信號(hào)拾取，信號(hào)放大，信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換與干擾抑制等諸多問題。通過DSP系統(tǒng)來完成導(dǎo)航計(jì)算，并將所計(jì)算的導(dǎo)航姿態(tài)信息通過串行通訊口在上位機(jī)上實(shí)時(shí)顯示出來。本文給出了器件的選擇方案，系統(tǒng)整體框圖，硬件電路結(jié)構(gòu)原理圖，軟件算法流程圖和部分的應(yīng)用程序，并對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。