基于微型惯性测量组合的平面定位技术研究

论文摘要

随着我国经济和社会的发展，平面定位系统在多种领域的运用日趋广泛。传统的平面定位系统由于其体积较大、重量较重的原因，一直成为限制其发展的症结。近年来，基于微型惯性测量组合（MIMU）的平面定位技术为传统平面定位系统存在的症结提供了很好的解决办法。微型惯性测量组合具有定位精度高、定位速度快以及体积小、重量轻、价格便宜等众多优势，在多领域受到了高度的关注。本文首先介绍了微型惯性测量组合平面定位技术研究的目的、意义和国内外研究现状以及发展情况。接着对微型惯性器件的动力学原理进行了分析说明；给出三维位置的计算方法。然后对微型惯性测量组合的平面定位硬件系统的基本组成进行了说明；并设计实现了以加速度计ADXL330和处理芯片89C51的单片机为核心的微型惯性测量组合系统；在数据处理方面，采用卡尔曼滤波器进行滤波处理及编程实现，同时考虑系统的数据输出的同步性采取相应的措施进行处理。并实现了惯性测量系统的下位机和上位机程序设计。最后搭建微型惯性测量组合的平面定位平台并进行一系列的实验可得出如下结论：基于加速度计ADXL330的微型惯性测量组合平面定位系统能够有效的提高平面定位系统的精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的背景
• 1.2 微型惯性測量组合的研究现状
• 1.3 本课题的主要工作
• 第2章 微型惯性测量组合的原理和结构
• 2.1 微型惯性测量组合的原理
• 2.1.1 哥氏加速度和陀螺力矩
• 2.1.2 动量矩定理及刚体绕定点转动的欧拉动力学方程
• 2.2 惯性导航系统
• 2.2.1 平台式惯性导航系统
• 2.2.2 捷联式惯性导航系统
• 2.3 微型惯性测量组合的坐标系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 MIMU 的平面定位技术
• 3.1 简介
• 3.1.1 MIMU 的组成
• 3.2 安装误差的标定
• 3.2.1 安装误差标定原理
• 3.2.2 安装误差标定方法
• 3.2.3 横向灵敏度的影响
• 3.2.4 零偏的实时计算
• 3.2.5 整体初始位置的自标定
• 3.3 三维位置计算方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 微型惯性测量组合平面定位软硬件系统组成及设计
• 4.1 硬件系统设计原理
• 4.2 处理器的选择和设计
• 4.3 RS485 通信电路分析
• 4.4 传感器的选型和信号输出
• 4.4.1 加速度传感器选型及硬件电路
• 4.4.2 选择微陀螺仪
• 4.5 卡尔曼滤波器的原理及实现
• 4.5.1 卡尔曼滤波器的基本原理
• 4.5.2 输出数据误差检测分析
• 4.6 系统输出数据的同步
• 4.7 系统软件的设计
• 4.8 单片机程序设计
• 4.9 PC 上位机程序设计
• 4.10 本章小结
• 第5章 微型惯性测量组合的定位平台及测试实验
• 5.1 平面定位平台
• 5.2 测量实验
• 5.2.1 陀螺测量实验
• 5.2.2 加速度计标定试验
• 5.3 仿真实验
• 5.4 仿真实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢