基于MIMU-GPS組合的微型航姿參考最小系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、微型無(wú)人機(jī)具有低成本、低功耗、高機(jī)動(dòng)性、高隱蔽性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在軍事和民用領(lǐng)域得到快速發(fā)展。航姿系統(tǒng)為無(wú)人機(jī)的姿態(tài)控制回路提供所需的姿態(tài)與航向信息，是確保飛行安全和性能的必備機(jī)載航電系統(tǒng)之一。傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)航姿系統(tǒng)成本高且較為笨重，不適合微小型無(wú)人機(jī)使用。本文研究?jī)?nèi)容是為某微型無(wú)人機(jī)研制一款航姿系統(tǒng)，完成無(wú)人機(jī)姿態(tài)角的實(shí)時(shí)解算。
　　首先，基于MEMS慣性傳感器的誤差源分析，分別采用基于重力場(chǎng)激勵(lì)、基于遞推最小二乘法和基于正反恒轉(zhuǎn)速

2、激勵(lì)的轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)對(duì)加速度計(jì)、磁力計(jì)和陀螺儀的確定性誤差進(jìn)行標(biāo)定。采用時(shí)間序列分析法對(duì)陀螺儀的隨機(jī)誤差建立精確模型，并利用Kalman濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波。
　　其次，針對(duì)基于重力場(chǎng)和地磁場(chǎng)的航姿系統(tǒng)易受載體機(jī)動(dòng)狀態(tài)影響的問(wèn)題，引入利用GPS導(dǎo)出機(jī)體運(yùn)動(dòng)加速度，以提高載體機(jī)動(dòng)時(shí)的測(cè)姿精度。采用JERK模型建立卡爾曼濾波方程進(jìn)而導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)加速度，以補(bǔ)償MEMS加速度計(jì)。采用梯度下降算法對(duì)補(bǔ)償后的加速度計(jì)和磁力計(jì)的輸出進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)造互補(bǔ)濾波

3、中四元數(shù)形式的反饋修正量，然后利用參數(shù)可調(diào)節(jié)的四元數(shù)互補(bǔ)濾波將其與陀螺儀的四元數(shù)姿態(tài)導(dǎo)出進(jìn)行融合，從而得到高精度的全姿態(tài)估計(jì)。最后通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。
　　再次，基于航姿系統(tǒng)性能需求的分析，選用ARM9微處理器、MEMS慣性傳感器和GPS OEM板卡為核心搭建航姿系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)約合理的外部電路，并運(yùn)用多種抗干擾措施，完成航姿最小系統(tǒng)工程樣機(jī)的制作。
　　最后，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，在ADS1.2集成開(kāi)發(fā)