三維姿態(tài)傳感器的研制.pdf

1、近幾年來，姿態(tài)角度測量在航空、航海等軍事裝備中的重要性愈發(fā)突顯。姿態(tài)傳感器作為測量姿態(tài)角度的一個重要工具，其在姿態(tài)角度測量中發(fā)揮的作用備受關(guān)注。運用于國防軍事的高精度傳感器的性能優(yōu)良，一般價格昂貴，有的甚至體積、重量較大，不符合民用產(chǎn)品上對姿態(tài)測量產(chǎn)品的需求。
　　本課題采用成本較低、性價比較高的MEMS器件設(shè)計三維姿態(tài)傳感器實現(xiàn)三維姿態(tài)角度的實時測量。
　　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)計方案，采用低成本的陀螺儀、加速度計集于一體的MPU-6050及三軸磁阻傳感器HMC5883L慣性器件組合測量載體角速度、加速度及地磁分量的設(shè)計方案。論文分硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和數(shù)據(jù)處理三方面的內(nèi)容。
　　根據(jù)本課題設(shè)計的硬、軟件均采用模塊化的設(shè)計方法，逐塊完成設(shè)計，實現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)測量。硬件方面詳細介紹了各子模塊的電路設(shè)計及設(shè)計中加入的濾波、保護電路;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定測試數(shù)據(jù)確定傳感器的誤差來源，在標定測量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上將其誤差進行歸類、分析后建立誤差來源與數(shù)據(jù)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)提高傳感器測量精度的目的。經(jīng)過互補濾波和卡爾曼兩種算法的對比確定了數(shù)據(jù)融合的算法，實現(xiàn)了姿態(tài)角度的實時測量。
　　經(jīng)過測試表明，本課題運用慣性器件設(shè)計的低成本的三維姿態(tài)傳感器在靜態(tài)測試試驗中誤差小于0.5°，動態(tài)測試中誤差小于2