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基于MEMS惯性传感器的定位定向装置研究

论文摘要

MEMS惯性器件具有成本低、体积小、功耗低、抗冲击能力强等优点。但MEMS陀螺仪的精度较低,通过有效的降噪方法改善陀螺仪性能,以满足较高精度的应用需要,是目前研究的重要问题。研究表明,随机噪声是影响MEMS陀螺精度的重要因素。论文依托实验室研究项目,设计了一套基于MEMS惯性传感器的定位定向装置,实现了系统的基本功能,并对MEMS陀螺信号进行了深入分析。首先对所设计的系统中的陀螺信号进行了分析研究,比较了随机漂移的几种辨识方法。在对试验实测数据进行必要的预处理后,采用时间序列分析法对陀螺随机漂移信号进行了ARMA建模,并选择了合适的模型类型和阶次,检验了模型适用性。随后根据ARMA模型参数,建立了状态方程和观测方程,进行了卡尔曼滤波,滤波效果明显。然后给出了该装置总体软硬件实现方案,在硬件设计方面,提出了基于SPC061A单片机+PC104工控机的双CPU工作方案,并给出了各部分电路详细实现及注意事项;在软件设计方面,SPC061A单片机采用了C语言和汇编语言的混合编程,和CPLD负责控制系统和各部分协调工作;通过C语言编程,PC104完成数据信息融合,实现了系统的导航参数解算。经过系统调试,该装置实现了定位定向功能,具有一定的应用价值和应用前景。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题的背景和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 MEMS惯性传感器的发展现状
  • 1.2.2 陀螺仪信号处理技术
  • 1.3 本文的主要工作
  • 第2章 MEMS惯性传感器
  • 2.1 引言
  • 2.2 MEMS惯性传感器分类
  • 2.3 MEMS惯性传感器工作原理
  • 2.3.1 MEMS加速度计原理
  • 2.3.2 MEMS陀螺仪原理
  • 2.4 误差源分析
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 MEMS陀螺信号处理
  • 3.1 建立陀螺随机漂移模型的原理和步骤
  • 3.2 陀螺漂移信号的预处理
  • 3.2.1 平稳随机时间序列线性模型的结构形式
  • 3.2.2 漂移模型的选取
  • 3.3 陀螺漂移模型的建立
  • 3.3.1 时间序列法
  • 3.3.2 ALLAN方差分析法
  • 3.4 陀螺随机漂移的卡尔曼滤波
  • 3.4.1 离散卡尔曼滤波的基本方程
  • 3.4.2 MEMS陀螺漂移数据的采集和预处理
  • 3.4.3 MEMS陀螺随机漂移建模
  • 3.4.4 MEMS陀螺随机漂移的卡尔曼滤波
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 MEMS INS系统硬件组成
  • 4.1 MEMS IMU
  • 4.1.1 陀螺
  • 4.1.2 加速度计
  • 4.2 数据采集模块设计
  • 4.2.1 单片机最小系统
  • 4.2.2 低通滤波
  • 4.2.3 多路通道选择
  • 4.2.4 A/D转换
  • 4.3 PC104计算机系统设计
  • 4.4 外部通讯模块设计
  • 4.5 显示模块设计
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 系统软件设计
  • 5.1 系统软件设计概述
  • 5.2 系统控制程序
  • 5.2.1 AD转换程序设计
  • 5.2.2 数据传输程序设计
  • 5.3 PC104软件设计
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

    本文来源: https://www.lw50.cn/article/e2122289045256f1b6eea609.html