基于9軸傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng)研究與實現.pdf

1、姿態(tài)參考系統(tǒng)是利用傳感器等慣性器件來測量載體姿態(tài)角的一種慣導系統(tǒng)。隨著微機電技術(MEMS)的飛速發(fā)展及新型高性能元器件的出現，為實現較高精度的姿態(tài)測量系統(tǒng)提供了條件。因此姿態(tài)參考系統(tǒng)的應用越發(fā)廣泛。設計及實現基于MEMS傳感器的姿態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。
　　本文從姿態(tài)參考系統(tǒng)理論、系統(tǒng)軟硬件設計和實驗三個方面著手，完整設計并實現了性能優(yōu)異的姿態(tài)儀。系統(tǒng)由加速度計、陀螺儀和電子羅盤組成，通過提取傳感器的信息并進一步濾波處理，剝離干擾

2、信號提高系統(tǒng)精度。針對不同傳感器及使用環(huán)境，采用不同的姿態(tài)解算及信號融合算法，實現了一個可靠穩(wěn)定的姿態(tài)參考系統(tǒng)。
　　首先，根據姿態(tài)參考系統(tǒng)的參數指標，設計了基于9軸傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。考慮系統(tǒng)的經濟性及系統(tǒng)性能，從產品型號、價格、器件參數和使用環(huán)境等綜合對比，設計系統(tǒng)的具體硬件電路。
　　然后，考慮載體的不同應用環(huán)境及傳感器不同的特點，分別設計了軟件算法。在平衡狀態(tài)下，以加速度信息和電子羅盤的磁場信息為主導來解

3、算姿態(tài)角度；在動態(tài)條件下，以陀螺儀輸出的信號為主導，采用四元數為狀態(tài)變量，利用卡爾曼濾波(KF)方法，得到載體的姿態(tài)數據。在數據融合中，由于互補濾波參數難以確定，本文提出兩種方法：一是引入加速度傳感器的信號模作為互補濾波器參數確定的一個重要參量，因為根據加速度的模系統(tǒng)可以判斷載體的運動劇烈程度，相比于靜態(tài)參數更能擬合載體姿態(tài)；由于實際系統(tǒng)往往存在一定的可預見性，另一方法就是通過用戶輸入使控制系統(tǒng)預知接下來所處環(huán)境特點，主動設置恣態(tài)系統(tǒng)的