基于STM32單片機(jī)的四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)的數(shù)據(jù)采集研究.pdf

1、本文以工程應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外四旋翼微型無(wú)人機(jī)在數(shù)據(jù)采集和姿態(tài)解算系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，結(jié)合成本低、精度高、可靠性高的項(xiàng)目要求提出了無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集與姿態(tài)解算系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
　　首先，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法詳細(xì)的分析和測(cè)定了MEMS陀螺儀、MEMS加速度計(jì)、MEMS磁強(qiáng)計(jì)和MEMS氣壓計(jì)等傳感器的誤差來(lái)源，傳感器的誤差來(lái)源主要分為兩部分:一部分來(lái)自于傳感器設(shè)計(jì)、制造、安裝等過(guò)程誤差;一部分來(lái)自于傳感器之間的干擾、振動(dòng)、空中電磁干擾等誤差，

2、然后結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)手冊(cè)和無(wú)人機(jī)實(shí)際飛行情況建立傳感器的誤差模型，最后通過(guò)建立的誤差模型對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行標(biāo)定以及應(yīng)用初步濾波的方法設(shè)計(jì)能夠提高數(shù)據(jù)采集精度的系統(tǒng)，繼而為提高姿態(tài)解算算法的精度奠定基礎(chǔ)。
　　其次，對(duì)無(wú)人機(jī)的姿態(tài)解算算法進(jìn)行了研究。通過(guò)基于四元數(shù)的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能夠得出無(wú)人機(jī)的速度、位置、以及姿態(tài)等信息，姿態(tài)解算算法的精度是準(zhǔn)確獲取無(wú)人機(jī)姿態(tài)信息的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)，濾波處理是解決無(wú)人機(jī)姿態(tài)解算算法誤差問(wèn)題的主要手段，

3、選用合理的濾波方法是研究的核心內(nèi)容。本文依次對(duì)無(wú)人機(jī)啟動(dòng)未飛行時(shí)進(jìn)行卡爾曼濾波、無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展卡爾曼濾波、全姿態(tài)飛行時(shí)進(jìn)行互補(bǔ)濾波，通過(guò)仿真分析可知三種濾波方式都滿足陀螺儀誤差±1°的精度要求，但是卡爾曼濾波和擴(kuò)展卡爾曼濾波工程實(shí)現(xiàn)較難，設(shè)計(jì)成本較高，而互補(bǔ)濾波設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，因此采用互補(bǔ)濾波器進(jìn)行姿態(tài)解算。
　　然后，設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集與姿態(tài)解算的軟硬件系統(tǒng)。本文以STM32F405單片機(jī)為控制核心，結(jié)合傳感器的電