基于MEMS傳感器的組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、導(dǎo)航系統(tǒng)直接提供載體在運(yùn)動過程中的姿態(tài)信息給控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)載體按照規(guī)劃路徑從起點(diǎn)到目標(biāo)終點(diǎn)。導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)逐漸多元化，但單一的導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足新領(lǐng)域的應(yīng)用需求，因此集成多個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)優(yōu)勢的組合導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并得到越來越多的研究。
　　無論是單一的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)還是GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其核心之一都是傳感器。隨著微機(jī)械系統(tǒng)（micro-mechanical system,MEMS）技術(shù)的快速發(fā)展，MEMS慣性測量單

2、元（Inertial Measurement Unit，IMU）和MEMS磁力計(jì)開始被廣泛的應(yīng)用于組合導(dǎo)航系統(tǒng)。MEMS傳感器具有體積小、功耗低、價(jià)格便宜、集成度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，能使組合導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于手機(jī)、消費(fèi)級無人機(jī)、可穿戴醫(yī)療設(shè)備等諸多領(lǐng)域，極大的拓展了組合導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用前景。
　　針對目前應(yīng)用最為廣泛的GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)在接收不到衛(wèi)星信號時(shí)無法使用的弊端，本文設(shè)計(jì)出一種基于MEMS IMU和MEMS磁力計(jì)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)

3、，用于實(shí)現(xiàn)載體姿態(tài)信息的測量。本文主要完成以下三個(gè)方面的內(nèi)容：
　?、費(fèi)EMS IMU和MEMS磁力計(jì)的誤差模型的建立及傳感器校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文首先介紹MEMS IMU和MEMS磁力計(jì)的工作原理，然后根據(jù)IMU和磁力計(jì)的誤差參數(shù)，包括零偏誤差、線性度、安裝誤差，建立其輸出值與實(shí)際值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。在已知誤差模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)六面靜止校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)和三軸轉(zhuǎn)圈實(shí)驗(yàn)，求解出誤差模型中的誤差參數(shù)。整個(gè)求解及校驗(yàn)過程都是利用編寫的Labvie

4、w校準(zhǔn)上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。最后，針對MEMS傳感器誤差參數(shù)存在時(shí)漂的特性，設(shè)計(jì)在線校準(zhǔn)算法，實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航系統(tǒng)中傳感器的自動校準(zhǔn)。
　?、诮M合導(dǎo)航系統(tǒng)硬件平臺的搭建及軟件功能的實(shí)現(xiàn)。首先根據(jù)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求選擇硬件，硬件核心部分為STM32F407微處理器和 MPU9250傳感器。在硬件搭建好的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)傳感器輸出數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)的SD卡內(nèi)存儲、系統(tǒng)與校準(zhǔn)上位機(jī)之間通信的建立、在線校準(zhǔn)等諸多功能。
　?、圩藨B(tài)