基于偏振光傳感器的四旋翼實驗平臺設(shè)計實現(xiàn).pdf

1、本文主要的工作是設(shè)計并實現(xiàn)一種基于偏振光傳感器導(dǎo)航性能測試的四旋翼實驗平臺，首先完成了平臺的硬件軟件搭建和測試，然后搭載偏振光傳感器進(jìn)行了飛行實驗，通過對偏振光傳感器測量的航向角數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而測試偏振光傳感器在實際導(dǎo)航中的性能。
　　本文首先介紹了四旋翼的導(dǎo)航算法。實驗平臺通過姿態(tài)角從地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到機(jī)體坐標(biāo)系得到方向余弦矩陣及其微分方程，利用陀螺儀和加速度傳感器測量的數(shù)據(jù)對方向余弦矩陣更新，解算機(jī)體姿態(tài)角;采用互補(bǔ)濾波算法，處

2、理姿態(tài)信息，降低加速度傳感器的運(yùn)動加速度噪聲和陀螺儀的漂移誤差;根據(jù)PID控制算法，設(shè)計姿態(tài)、高度、航向保持控制回路。
　　實驗平臺硬件部分采用模塊化設(shè)計，處理器模塊采用ATmega2560芯片;傳感器模塊包括陀螺儀、加速度傳感器、氣壓高度計、GPS、地磁傳感器和偏振光傳感器;傳輸數(shù)據(jù)模塊主要負(fù)責(zé)機(jī)載平臺與地面站的實時通信;接口電路模塊負(fù)責(zé)外接設(shè)備與處理器通信;電源模塊為整個系統(tǒng)供電。
　　實驗平臺軟件部分根據(jù)功能不同亦采用

3、模塊化設(shè)計，主要包括程序初始化模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中傳感器數(shù)據(jù)采集模塊包括偏振光傳感器、地磁傳感器、陀螺儀、加速度傳感器、氣壓傳感器和GPS。在主程序運(yùn)行時，根據(jù)任務(wù)要求調(diào)用不同模塊。
　　在搭建完成整個系統(tǒng)硬件和軟件的基礎(chǔ)上，對四旋翼實驗平臺的飛行性能和偏振光傳感器的導(dǎo)航性能進(jìn)行測試。通過觀察分析實驗數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論:該實驗平臺機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可擴(kuò)展性強(qiáng)、控制響應(yīng)迅速、飛行穩(wěn)定，可作為一個較為理想的實驗平