懸翼式微小飛行器姿態(tài)測量系統(tǒng)設計.pdf

1、近年來，無人機在軍用和民用領域都得到了很廣泛的應用，旋翼式無人飛行器能夠垂直起降和懸停，能夠適應復雜的城市，山區(qū)起降環(huán)境，具有“懸停并凝視”目標的能力，而且還可以抵近建筑物飛行，對目標物提供精確定位，且其機動性能良好、隱蔽性好、成本低，在軍事和民生方面都有廣泛的應用，因而成為當今無人飛行器的研究熱點之一。由于懸翼式微小飛行器的能量和帶載荷能力有限，這要求姿態(tài)測量系統(tǒng)體積小、重量輕、功耗低。隨著 MEMS慣性傳感器和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，使得

2、研制滿足這種要求的姿態(tài)測量系統(tǒng)成為可能。
　　論文設計了一種基于ARM處理器的滿足中低精度要求，由三軸MEMS陀螺儀、三軸 MEMS加速度計以及三軸磁強計組成的姿態(tài)測量方案，并由此展開了一系列的研究工作。該姿態(tài)測量系統(tǒng)能提供無人機的三軸角速度，三軸加速度以及三軸磁場強度，并通過捷聯(lián)解算得到無人機的航向、俯仰、橫滾三個姿態(tài)角，提供給飛行控制系統(tǒng)。
　　首先，論文闡述了課題的應用背景、意義及發(fā)展狀況。其次，論文引入了捷聯(lián)姿態(tài)更新

3、相關的理論及數學基礎，列舉了姿態(tài)解算的方法和姿態(tài)確定的方案，確定了論文采用基于四元數的擴展卡爾曼濾波組合姿態(tài)確定方法。接著，論文分析了姿態(tài)測量系統(tǒng)的誤差，建立MIMU及磁強計的輸出模型，對慣性器件進行了系統(tǒng)級標定。重點對 MIMU/磁強計組合測姿方法進行了研究，介紹了加速度計/磁強計靜態(tài)姿態(tài)解算方法，設計了擴展 Kalman濾波器組合姿態(tài)解算算法并對算法的效果進行了仿真驗證。最后，完成了姿態(tài)測量系統(tǒng)總體的設計、實現及測試，分析了系統(tǒng)需求