基于9軸傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng)研究與實現(xiàn).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(dǎo)系統(tǒng)。隨著微機(jī)電技術(shù)(MEMS)的飛速發(fā)展及新型高性能元器件的出現(xiàn)，為實現(xiàn)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(yīng)用越發(fā)廣泛。設(shè)計及實現(xiàn)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(shè)計和實驗三個方面著手，完整設(shè)計并實現(xiàn)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(jìn)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(xiàn)了一個可靠穩(wěn)定的姿態(tài)參考系統(tǒng)。
　　首先，根據(jù)姿態(tài)參考系統(tǒng)的參數(shù)指標(biāo)，設(shè)計了基于9軸傳感器的姿態(tài)參考系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)?？紤]系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性及系統(tǒng)性能，從產(chǎn)品型號、價格、器件參數(shù)和使用環(huán)境等綜合對比，設(shè)計系統(tǒng)的具體硬件電路。
　　然后，考慮載體的不同應(yīng)用環(huán)境及傳感器不同的特點(diǎn)，分別設(shè)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(dǎo)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(dǎo)，采用四元數(shù)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(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)融合中，由于互補(bǔ)濾波參數(shù)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(bǔ)濾波器參數(shù)確定的一個重要參量，因為根據(jù)加速度的模系統(tǒng)可以判斷載體的運(yùn)動劇烈程度，相比于靜態(tài)參數(shù)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(yù)見性，另一方法就是通過用戶輸入使控制系統(tǒng)預(yù)知接下來所處環(huán)境特點(diǎn)，主動設(shè)置恣態(tài)系統(tǒng)的