三維姿態(tài)傳感器的研制.pdf

1、近幾年來，姿態(tài)角度測(cè)量在航空、航海等軍事裝備中的重要性愈發(fā)突顯。姿態(tài)傳感器作為測(cè)量姿態(tài)角度的一個(gè)重要工具，其在姿態(tài)角度測(cè)量中發(fā)揮的作用備受關(guān)注。運(yùn)用于國(guó)防軍事的高精度傳感器的性能優(yōu)良，一般價(jià)格昂貴，有的甚至體積、重量較大，不符合民用產(chǎn)品上對(duì)姿態(tài)測(cè)量產(chǎn)品的需求。
　　本課題采用成本較低、性價(jià)比較高的MEMS器件設(shè)計(jì)三維姿態(tài)傳感器實(shí)現(xiàn)三維姿態(tài)角度的實(shí)時(shí)測(cè)量。
　　本論文從傳感器技術(shù)的發(fā)展入手，分析本課題研究設(shè)計(jì)的傳感器的功能和應(yīng)

2、用環(huán)境，通過方案比較后確定了本課題的設(shè)計(jì)方案，采用低成本的陀螺儀、加速度計(jì)集于一體的MPU-6050及三軸磁阻傳感器HMC5883L慣性器件組合測(cè)量載體角速度、加速度及地磁分量的設(shè)計(jì)方案。論文分硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理三方面的內(nèi)容。
　　根據(jù)本課題設(shè)計(jì)的硬、軟件均采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，逐塊完成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)測(cè)量。硬件方面詳細(xì)介紹了各子模塊的電路設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)中加入的濾波、保護(hù)電路;軟件主要是各模塊的程序編寫和程序調(diào)試。數(shù)據(jù)處

3、理主要分為誤差處理和數(shù)據(jù)融合兩部分。誤差處理是分析慣性器件的特性，依據(jù)理論分析和器件分立標(biāo)定測(cè)試數(shù)據(jù)確定傳感器的誤差來源，在標(biāo)定測(cè)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上將其誤差進(jìn)行歸類、分析后建立誤差來源與數(shù)據(jù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)提高傳感器測(cè)量精度的目的。經(jīng)過互補(bǔ)濾波和卡爾曼兩種算法的對(duì)比確定了數(shù)據(jù)融合的算法，實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)角度的實(shí)時(shí)測(cè)量。
　　經(jīng)過測(cè)試表明，本課題運(yùn)用慣性器件設(shè)計(jì)的低成本的三維姿態(tài)傳感器在靜態(tài)測(cè)試試驗(yàn)中誤差小于0.5°，動(dòng)態(tài)測(cè)試中誤差小于2