基于MEMS的無人機(jī)航姿參考系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、由于無人機(jī)（UAV,unmanned aerial vehicle）在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r日益顯著，各個(gè)國家對(duì)無人機(jī)這項(xiàng)技術(shù)也越來越重視。對(duì)于無人機(jī)而言，它具有空間小、成本低、方便操控等優(yōu)點(diǎn)，有著良好的發(fā)展前景。在控制導(dǎo)航系統(tǒng)中，提供準(zhǔn)確的飛行姿態(tài)是非常必要和重要的。提供飛行姿態(tài)的傳感器有很多，但考慮到低成本因素和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS,micro-electro-mechanical system）技術(shù)的日益成熟，微機(jī)械陀螺、加速度計(jì)和

2、磁傳感器得到越來越廣泛的應(yīng)用，為了得到更優(yōu)的的飛行姿態(tài)角適用于小型無人機(jī)，本文設(shè)計(jì)一種航姿參考系統(tǒng)（AHRS)，微機(jī)械陀螺儀、磁強(qiáng)計(jì)與加速度計(jì)組成了它的傳感器部分。
　　本文首先概括了幾種不同的航姿參考系統(tǒng)的工作原理并進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，并給出了這些航姿參考系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)比，卡爾曼濾波以及擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF,extended kalman filter)的原理和模型的計(jì)算方法。提出了選取九個(gè)狀態(tài)量的基于四元數(shù)的擴(kuò)展卡爾曼濾波器算法

3、來進(jìn)行多傳感器數(shù)據(jù)融合的方法，利用 GI100微慣性測(cè)量單元的傳感器數(shù)據(jù)，建立 MATLAB精確算法模型，把濾波結(jié)果與之相比，結(jié)果靜態(tài)仿真誤差不超過0.001°，動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)平均誤差不超過0.5°。證明了此算法的可靠性和可行性，因此可以將這種算法應(yīng)用在設(shè)計(jì)的航姿參考系統(tǒng)中。
　　設(shè)計(jì)的航姿參考系統(tǒng)使用的微機(jī)械傳感器為 STIM210陀螺模塊，MS9000加速計(jì)模塊，MODEL113D磁傳感器模塊，搭建基于DSP與MEMS器件的

4、硬件平臺(tái)，并在CCS3.3集成環(huán)境下編譯了相應(yīng)的 DSP程序，對(duì) AHRS進(jìn)行了大量的動(dòng)態(tài)精度與靜態(tài)精度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出所設(shè)計(jì)的AHRS靜態(tài)試驗(yàn)精度不超過±0.1°，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)精度雖然瞬時(shí)誤差偏大，但系統(tǒng)誤差不超過±2°左右，在允許范圍之內(nèi)。由此可以證明此系統(tǒng)用可以提供準(zhǔn)確的姿態(tài)角信息，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)精度良好，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
　　最后論文指出設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還存在一些不足，需要多做實(shí)際應(yīng)用工作和閱讀大量參考文獻(xiàn)，來進(jìn)一