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导航系统直接提供载体在运动过程中的姿态信息给控制系统,用于实现载体按照规划路径从起点到目标终点。导航系统的发展已经逐渐多元化,但单一的导航系统已经难以满足新领域的应用需求,因此集成多个导航系统优势的组合导航系统应运而生,并得到越来越多的研究。无论是单一的惯性导航系统还是GPS/INS组合导航系统,其核心之一都是传感器。随着微机械系统(micro-mechanical system,MEMS)技术的快速发展,MEMS惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)和MEMS磁力计开始被广泛的应用于组合导航系统。MEMS传感器具有体积小、功耗低、价格便宜、集成度高等诸多优点,能使组合导航系统应用于手机、消费级无人机、可穿戴医疗设备等诸多领域,极大的拓展了组合导航技术的应用前景。针对目前应用最为广泛的GPS/INS组合导航系统在接收不到卫星信号时无法使用的弊端,本文设计出一种基于MEMS IMU和MEMS磁力计的组合导航系统,用于实现载体姿态信息的测量。本文主要完成以下三个方面的内容:(1)MEMS IMU和MEMS磁力计的误差模型的建立及传感器校准系统的设计。本文首先介绍MEMS IMU和MEMS磁力计的工作原理,然后根据IMU和磁力计的误差参数,包括零偏误差、线性度、安装误差,建立其输出值与实际值之间的数学关系式。在已知误差模型的基础上,设计六面静止校准实验和三轴转圈实验,求解出误差模型中的误差参数。整个求解及校验过程都是利用编写的Labview校准上位机来实现的。最后,针对MEMS传感器误差参数存在时漂的特性,设计在线校准算法,实现组合导航系统中传感器的自动校准。(2)组合导航系统硬件平台的搭建及软件功能的实现。首先根据组合导航系统的设计需求选择硬件,硬件核心部分为STM32F407微处理器和MPU9250传感器。在硬件搭建好的基础上设计软件架构,来实现传感器输出数据的获取、数据的SD卡内存储、系统与校准上位机之间通信的建立、在线校准等诸多功能。(3)姿态解算算法的研究及对比性实验。研究当前常用的几种姿态解算算法,包括互补滤波、卡尔曼滤波和四元数解算的算法及程序实现,利用存在SD卡内的数据进行姿态解散效果对比,找出解算效果最佳的算法并用于本系统中。最后,设计静止和转圈实验,验证经过校准后的MEMS传感器数据能够提升姿态解算精度。