【摘 要】
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无陀螺捷联惯导系统常应用于飞行器、车辆等运载体的导航领域中,常用于识别载体的姿态等信息。无陀螺捷联惯导系统凭借着其低成本、低功耗、可长时间稳定工作等优点已在越来越多的领域中得到应用。现如今,地质灾害已然成为一个严重危害我国国民安全的灾种,若能将无陀螺捷联惯导系统的优点使用在地质灾害监测装置的研发上,能使得人们对即将要发生地质灾害的地方早预报、早避险,这样可以大大减少人员的伤亡以及财产的损失。本文基
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无陀螺捷联惯导系统常应用于飞行器、车辆等运载体的导航领域中,常用于识别载体的姿态等信息。无陀螺捷联惯导系统凭借着其低成本、低功耗、可长时间稳定工作等优点已在越来越多的领域中得到应用。现如今,地质灾害已然成为一个严重危害我国国民安全的灾种,若能将无陀螺捷联惯导系统的优点使用在地质灾害监测装置的研发上,能使得人们对即将要发生地质灾害的地方早预报、早避险,这样可以大大减少人员的伤亡以及财产的损失。本文基于无陀螺捷联惯导系统开展了对地质灾害监测装置的研发,主要有以下四个方面的研究工作:（1）根据地质灾害监测预警需求进行装置的总体设计。对每个MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）传感器进行误差分析和对比,采用常用的MEMS惯性器件评估方法对两种MEMS器件进行随机噪声分析,得到了多种随机噪声指标,其中占主要影响因素的是量化噪声、速度随机游走、零偏不稳定性、加速度随机游走及速率斜坡五项指标。通过对加速度计的随机噪声分析,选取随机噪声小的加速度计作为地质灾害监测装置的元件,最终选取ADXL355加速度计作为传感元件对监测装置进行研发。（2）对采集到的加速度信号进行数据融合。通过推导载体非质心处任意一点的比力方程公式进行数据融合,结合对地质灾害监测装置硬件设计中的加速度计的安装构型以及每个加速度计的方向带入到比力方程中得到该构型的比力方程,得出载体的三个沿轴加速度信号和三个绕轴角加速度信号的推导公式,但是这样解算会进行积分运算以及迭代会使得误差被累计导致误差越来越大。通过一种平移单一分量加速度计至坐标原点的构想可以通过引入一个可量化的误差,在不使用积分运算和迭代方法的前提下就可以直接推出装置的六个自由度并且通过误差分析以及补偿从而降低了引入的误差对结果造成的影响。（3）对地质灾害监测装置的硬件研发涉及到信号采集模块、数据保存模块、GPS实时授时模块、时钟模块、主控制器模块等电路模块的开发设计,使用Altium Designer软件对各个电路模块的原理图进行绘制,通过使用Keil 5软件对各个电路模块的功能进行仿真测试,最后确定加速度计的安装构型后并绘制PCB图,最终制成电路板并且能对九个加速度计采集到的数据进行存储。（4）对地质灾害监测装置的上位机软件进行设计开发,使得加速度计采集的波形和经信息融合后得到的六个自由度的波形都能够进行实时展示。对解算的六个自由度的偏差进行估算,将解算出的六自由度信号进行积分得到相对有的位移值,将解算的位移值与实际移动的真实位移值进行对比,通过大量的实验来估计装置的偏差值。
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