基于MEMS的高精度姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、基于MEMS的姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)是一種新型慣性測(cè)量設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)提供載體橫搖、縱搖和航向等姿態(tài)信息，具有成本低、體積小、功耗低、便攜性好等優(yōu)勢(shì)。因此，近幾年在生活、生產(chǎn)中都得到廣泛應(yīng)用。但是相比基于光學(xué)傳感器的姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)精度較低，難以應(yīng)用在船舶、飛行器等領(lǐng)域應(yīng)用。然而，通過(guò)提高M(jìn)EMS器件機(jī)械結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)度的方法來(lái)提高測(cè)量精度難以實(shí)現(xiàn)。因此，通過(guò)軟件進(jìn)行誤差補(bǔ)償，提高器件使用精度是急需解決的問(wèn)題。另外，擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信功能，保證系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中

2、的便捷性，也是值得關(guān)注的問(wèn)題。
　　本文針對(duì)姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)中MEMS器件誤差補(bǔ)償、系統(tǒng)姿態(tài)解算算法、硬件電路及軟件程序四方面展開(kāi)設(shè)計(jì)。論文的主要工作如下:
　　首先，介紹課題研究的目的與意義，分析國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和需要解決的關(guān)鍵技術(shù);根據(jù)系統(tǒng)需求完成MEMS器件選型，使用FXAS21002C三軸數(shù)字陀螺儀和FXOS8700CQ六軸傳感器敏感載體姿態(tài)信息;設(shè)計(jì)FIR濾波器減小MEMS陀螺儀隨機(jī)誤差;建立傳感器安裝誤差、標(biāo)度因數(shù)誤差

3、模型，完成傳感器標(biāo)定及校正;通過(guò)應(yīng)用人工魚(yú)群算法，實(shí)現(xiàn)了MEMS陀螺儀的溫度補(bǔ)償;通過(guò)MATLAB軟件完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算，得到以上三種誤差補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)參數(shù)。對(duì)器件進(jìn)行誤差補(bǔ)償，保證姿態(tài)解算數(shù)據(jù)的可靠性。
　　其次，提出姿態(tài)解算算法的總體設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)比四元數(shù)法和旋轉(zhuǎn)矢量法在解算時(shí)產(chǎn)生的誤差，選擇四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)解算;設(shè)計(jì)初始對(duì)準(zhǔn)算法，為系統(tǒng)提供初始四元數(shù);為提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能并減小四元數(shù)累積誤差，基于地磁傳感器和加速度計(jì)，設(shè)計(jì)了多傳感

4、器融合的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。
　　再次，提出姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)電源管理電路為系統(tǒng)提供電能，采用Kinetis60單片機(jī)作為核心控制器，對(duì)MEMS傳感器采集的姿態(tài)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換和解算。除此之外，基于核心控制器內(nèi)部集成的SDHC模塊開(kāi)展SD卡存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì);完成基于TCP/IP協(xié)議的WI-FI通信模塊設(shè)計(jì);采用UART通信方式實(shí)現(xiàn)GSM模塊與核心控制器數(shù)據(jù)互傳;實(shí)現(xiàn)基于模擬SPI的LCD顯示功能。
　　最后，設(shè)計(jì)核心