基于STM32單片機的四旋翼無人機姿態(tài)的數據采集研究.pdf

1、本文以工程應用為出發(fā)點，總結了國內外四旋翼微型無人機在數據采集和姿態(tài)解算系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，結合成本低、精度高、可靠性高的項目要求提出了無人機數據采集與姿態(tài)解算系統(tǒng)的設計方案。
　　首先，通過實驗的方法詳細的分析和測定了MEMS陀螺儀、MEMS加速度計、MEMS磁強計和MEMS氣壓計等傳感器的誤差來源，傳感器的誤差來源主要分為兩部分:一部分來自于傳感器設計、制造、安裝等過程誤差;一部分來自于傳感器之間的干擾、振動、空中電磁干擾等誤差，

2、然后結合傳感器數據手冊和無人機實際飛行情況建立傳感器的誤差模型，最后通過建立的誤差模型對各個傳感器進行標定以及應用初步濾波的方法設計能夠提高數據采集精度的系統(tǒng)，繼而為提高姿態(tài)解算算法的精度奠定基礎。
　　其次，對無人機的姿態(tài)解算算法進行了研究。通過基于四元數的捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)能夠得出無人機的速度、位置、以及姿態(tài)等信息，姿態(tài)解算算法的精度是準確獲取無人機姿態(tài)信息的關鍵技術，同時，濾波處理是解決無人機姿態(tài)解算算法誤差問題的主要手段，

3、選用合理的濾波方法是研究的核心內容。本文依次對無人機啟動未飛行時進行卡爾曼濾波、無人機飛行狀態(tài)進行擴展卡爾曼濾波、全姿態(tài)飛行時進行互補濾波，通過仿真分析可知三種濾波方式都滿足陀螺儀誤差±1°的精度要求，但是卡爾曼濾波和擴展卡爾曼濾波工程實現(xiàn)較難，設計成本較高，而互補濾波設計設計簡單易實現(xiàn)，因此采用互補濾波器進行姿態(tài)解算。
　　然后，設計了無人機數據采集與姿態(tài)解算的軟硬件系統(tǒng)。本文以STM32F405單片機為控制核心，結合傳感器的電