基于DSP的小型無人機捷聯(lián)慣導姿態(tài)解算系統(tǒng)研究.pdf

1、小型無人機同其他的大、中型航空器相比，具有成本低、體積小、機動性能好等優(yōu)點，近些年來，愈來愈廣泛地應用于民用、軍事和科學研究等領域。小型無人機在執(zhí)行飛行任務的過程中，為獲得較好的飛行品質，需要精確測量飛機的角速度、線速度、加速度、飛行姿態(tài)等關鍵數(shù)據(jù)。以MEMS（微機電系統(tǒng)）器件為核心的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)，可以自主測量并解算出控制、導航所需信息，成為小型無人機控制系統(tǒng)設計的首選解決方案。因此，在捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中對飛行器體軸姿態(tài)進行實時測量和對地軸

2、姿態(tài)進行解算算法研究，具有重要的理論意義和廣泛的應用價值。
　　本論文以某重點實驗室的固定翼小型無人機作為研究對象，在分析捷聯(lián)慣導系統(tǒng)工作原理的基礎上，設計了基于TMS320F28335微處理器和ADIS16407慣性測量單元的姿態(tài)測量和解算系統(tǒng)，采用四元數(shù)法對該系統(tǒng)進行姿態(tài)更新解算。首先，選用TI公司生產(chǎn)的TMS320F28335作為核心處理器，在CCS軟件環(huán)境下編寫了測量數(shù)據(jù)發(fā)送、接收等程序，通過SPI總線方式實現(xiàn)MCU與慣性

3、測量單元ADIS16407之間的通訊，實時對飛行器的飛行數(shù)據(jù)進行精確測量和采集。其次，依據(jù)捷聯(lián)慣導系統(tǒng)原理，采用四元數(shù)法實時求解姿態(tài)矩陣。然后，利用姿態(tài)矩陣將三軸陀螺儀和三軸加速度計測量的飛行器相對于機體軸的角速度和加速度數(shù)據(jù)變換到導航坐標系中，進行導航計算，得到飛行器的姿態(tài)角、速度以及位置等信息。其中，四元數(shù)的更新計算采用四階龍格庫塔法。結果表明，該姿態(tài)測量和解算系統(tǒng)能有效地實時解算出飛行器的姿態(tài)信息，各運動方向的姿態(tài)角解算初始誤差小

4、于1°，30秒內的累積誤差小于1.4°。
　　本論文設計的姿態(tài)測量系統(tǒng)，結構精簡，采樣快速，微處理器的時鐘頻率高達150MHz，慣性測量單元輸出的采樣率為819.2次/秒，一次姿態(tài)解算的時間為0.35ms，姿態(tài)解算的迭代間隔為8ms。這樣，同常規(guī)硬件設計方案相比，姿態(tài)解算周期大大縮短，可為其他飛行控制與導航任務留有余地，節(jié)省了大量的時間，有利于整體控制與導航任務的實現(xiàn)。該小型無人機飛行姿態(tài)解算系統(tǒng)模塊精度高、工作穩(wěn)定、實時性好，采