飞行器姿态测量系统设计开题报告

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1、就Jq餽空餽又大嗲自动化学院毕业设计（论文）幵题报告学生姓名：o：学号：2011040701059专业：白动化指导教师：卢艳军负责教师：论文题目：飞行器姿态测量系统设计2015年3月10曰一、M背景导航技术是一门综合性交叉学科，不仅在军事领域具有极重耍的地位，而且在民事领域也有着非常广泛的应用，是国防科研实力和经济发展水平的一个重要标志，越来越受到各国的关注。随着现代航空航天技术的发展，飞行器作为导航技术应用领域的一类典型代表，在军事和民事应用领域的作用日益凸显。飞行器导航技术的研究，最基木的要素就是实时获取飞行器的质点姿态、运动速度及位置信息。

2、这类运动参数的获取依赖于飞行器惯性参数的测量，根据载体的惯性测量参数不仅可以解算得到载体的运动姿态、速度和位置信息，用于飞行载体运动轨迹的控制；而且通过飞行载体运动参数建模仿真，实现后期载体故障诊断、气动外形建模、稳定性分析等一系列操作。因此，测量系统的研究在飞行器的导航技术领域有着重要的科研和应用价值。二、研究内容及目标飞行器姿态测量系统通过构建软/硬件实验平台，实现飞行器惯性参数的测量，飞行器姿态测量系统总体设计框架如图1所示。硬件平台是实现微处理器、惯性传感器（陀螺仪/加速度计）、存储器模块正常运行的物理条件；软件平台是以微处理器为主控芯片

3、，通过硬件集成接口实现陀螺仪/加速度计测量惯性参数的采集与传输。飞行器惯性参数不仅用于实时获得载体运动参数，而且也是飞行器姿态解算误差补偿改进的依据，对飞行器惯性参数作必要存储奋助于后续测量系统研发和改进。时钟电源复位111MPU6050►STM32微控制器►上位机FLASHSRAMJTAK图1总体没计框架三、实现方案1硬件设计飞行器姿态测量系统分为姿态测量模块和数据接收模块。姿态测量模块固连在飞行器上，主要包括微控制器及外围电路部分、传感器模块、稳压电源电路和无线数据传输模块。该姿态测量模块首先定吋采集传感器模块组中的陀螺仪和加速度计的输出信号

4、，以便获得三维空间中的角速度矢量和加速度矢量。MPU6050通过IIC接口电路将己是数字量的陀螺仪和加速度信号直接输入到STM32处理器内。微处理器接收到传感器信号后，在内部对数据进行数据融合滤波处理以及姿态解算后，将最终得到的航向角、俯仰角和横滚角等姿态信息通过无线发射模块发送到数据接收模块。姿态接收数据接收模块硬件部分主要包括微控制器及外围电路部分、稳压电源电路和无线接收模块，数据接收模块收到姿态测量模块发来的姿态数据后，通过串口将其输出到计算机上的上位机上，实时显示当前飞行器的姿态信息。(1)微处理器意法半导体的STM32F103是基于Co

5、rtex-M3架构的32位处理器。Cortex~M3处理器是全球微控制器的标准，主要特点是：低功耗性：处理器以更低的频率或更短的活动时段运行，同时支持基于架构的睡眠模式；高效性：Cortex-Mo3处理器具有高密度指令集，可比8/16bit设备每字节完成更多操作，只需要更小的RAM、ROM或闪存要求；兼容性：Cortcx-M3处理器具有统一的开发工具和操作系统支持，拥有多个供应商之间的全球标准，能够更快地开发软件。(2)传感器该姿态测量系统采用MEMS惯性传感器MPU6050,它是全球首例整合了3轴陀螺仪和3轴加速度计的MEMS惯性传感器，可以准

6、确追踪快速和慢速动作，相比于多组件方案，该传感器克服了组合陀螺仪和加速计之间的轴间差问题，减少了大量的包装空间。MPU6050的包装尺寸很小，有利于减小姿态测量模块的体积和重量。这款传感器适合直流稳压电源供电，电压范围为2.375V-3.46V。STM32控制器通过TTC接U与它进行通信，通过相关配置，可以使传感器通过该接口读取其他IIC器件的数据并存储在MPU6050相应的数据存储器中，使得微控制器可以一次性读取多个11C设备的数据，提高效率。2软件设计飞行器姿态测量系统软件包括下位机软件和上位机软件两部分。其屮下位机软件主要功能为系统初始化、

7、传感器数据采集、数据融合和姿态解算，将解算得到的姿态信息输出到上位机上。上位机软件采用通用的上位机显示界面，接收下位机传输来的姿态信息数据帧，然后提取数据帧中的有用信息，在显示界面显示被测飞行器的当前姿态。姿态测量系统软件整体结构框图如图2所示。系统初始化1数据采集姿态解算>数据帧获取数据帧解析姿态信息显示下位机上位机图2系统软件整体结构框图(1)微控制器的初始化STM32是一个32位的单片机，为姿态测量系统的应用提供了丰富的外设资源，为了使控制器能够进行正常的工作，需要先对其进行一些必要的硬件设备初始化，包括时钟的配置、通用GPIO的设置、串门

8、的设置、DMA的配置、屮断管理模块的配置、Sf>I接口模块的配置和定吋器的配置等，其中，STM32芯片上所有的片上外设都需要手动设置时钟