四旋翼飛行器姿態(tài)檢測及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計.pdf

1、四旋翼飛行器因其可以通過對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)進而輕易轉(zhuǎn)換姿態(tài)，而且具有較強的機動性能等優(yōu)勢而被廣泛應用科研、軍事、民事等領(lǐng)域。
　　姿態(tài)角是飛行器重要飛控參數(shù)，對其良好飛行質(zhì)量起到至關(guān)重要作用。四旋翼經(jīng)常用到陀螺儀、加速度計以及地磁計作為姿態(tài)檢測元件，而姿態(tài)檢測傳感器性能的優(yōu)劣是直接決定姿態(tài)控制的輸入，進而影響飛行器的穩(wěn)定飛行的控制。綜合分析性能高的器件價格昂貴,本系統(tǒng)選擇價格相對低的MEMS檢測傳感單元。但因為該類加速度計動態(tài)響應速度慢

2、，存在累積漂移誤差，并且在飛行器運動的過程中給測量帶來白噪聲，地磁計在測量地磁場的過程中易受周邊環(huán)境中外部磁場的干擾而無法獨立給出測量結(jié)果，陀螺儀又存在累積誤差和零點漂移，所以這三類傳感器均不合適單獨長時間的測量姿態(tài)角。
　　為了能夠準確的測量無人機姿態(tài)，本文所設計的姿態(tài)測量系統(tǒng)由陀螺儀、加速度計和地磁計及數(shù)據(jù)處理器組合起來，通過慣性傳感器對無人機狀態(tài)進行測量，主控制器STM32F407VG運行IMU程序，對測量數(shù)據(jù)進行處理，從而

3、實現(xiàn)姿態(tài)更新，與此同時，通過串口將姿態(tài)數(shù)據(jù)和傳感器測量值上傳至PC機。通過對組合系統(tǒng)的姿態(tài)測量原理和分析方法探究，使用四元數(shù)一階Runge-Kutta方法進行解算姿態(tài)，通過加速度計和地磁計的輸出值修正由隨機漂移導致的陀螺儀偏差，在濾波算法的選擇上，本文選取了互補濾波、卡爾曼濾波、共軛梯度下降互補濾波三種方法，通過仿真驗證三種算法在無人機姿態(tài)檢測信息融合過程中的效果，結(jié)合濾波原理和動靜態(tài)實驗結(jié)果驗證，選擇效果最優(yōu)的互補濾波算法。最終結(jié)合互