基于mems器件的姿态测量系统研究与实现

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1、大连理工大学硕士学位论文基于MEMS器件的姿态测量系统研究与实现姓名：崔璐璐申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：郝应光20091201大连理工大学硕十学位论文摘要随着微电子技术的发展而出现的微电子机械系统具有尺寸小、重量轻、成本低、功耗小和动态范围宽等优点，被广泛应用于测量领域。本文设计了一种基于微机械惯性器件的捷联式姿态测量系统，通过实时采集传感器数据获得载体的姿态信息，以实现对载体的姿态控制。论文首先介绍了捷联式姿态测量系统的基本理论与工作原理，包括惯性系统中坐标系定义、姿态矩阵更新算法与初始对准算法，对适用于不同运动状态下

2、的四元数算法和等效旋转矢量算法进行了深入分析与比较。通过对微机械惯性器件的原理与性能的分析，建立了陀螺仪与加速度计的误差模型，并综合考虑系统性能要求与成本等因素，选择了ADISl6355传感器作为惯性测量元件。针对陀螺仪漂移是造成系统误差的主要因素，论文利用小波变换技术，结合ADISl6355陀螺仪信号特点设计了相应的小波降噪算法，确定了合适的小波变换参数。论文设计了基于MEMS器件的姿态测量系统的总体方案。系统硬件由惯性数据采集模块、处理器模块、RS．485接口模块以及外围辅助模块等组成，以STM32F103RBT6为CPU实现了信号处理

3、、姿态解算等软件功能。最后，本文对软硬件系统进行了集成、调试，形成了可独立运行的嵌入式姿态测量系统，并分别对传感器数据采集、初始对准与姿态解算等功能进行了实验验证。结果表明，该系统可以有效工作，性能满足设计要求。该姿态测量系统具有结构紧凑、成本低、实时性好等特点，具有一定的应用价值。关键词：微机械惯性器件；姿态测量系统；捷联姿态算法；小波分析；系统性能基丁二MEMS器件的姿态测量系统研究与实现ResearchandImplementationofAttitudeMeasurementSystembasedonMEMSSensorsAbstr

4、actWiththedevelopmentofmicroelectronicstechnology，micro-electricalmechanicalsystems(MEMS)arewidelyusedintheareaofmeasurementduetotheadvantagesofsmallsize，lightweight，lowcost，lowpowerandwidedynamicrange．Inthispaper，animplementationofattitudemeasurementsystembasedOilMEMSiner

5、tialSensorsisproposed，whichcanachieveattitudecontrolofthecartierbycollectingthedataofsensors．Firstly,theprinciplesofstrapdownattitudemeasurementsystemareintroduced，includingthedefinitionofinertialcoordinatesystems，establishmentandupdateofattitudematrixandthemethodofinitial

6、alignmentsystem．Thequatemionmethodandthethree-likeequivalentrotationvectormethodwhichapplytodifferentmotionstatesarediscussedindetail．Secondly，theerrormodelsofgyroscopeandaccelerometerareestablishedthroughtheperformanceanalysisofmicro-mechanicalinertialsensors．Thenbasedont

7、heaccuracyandcostrequirementsofsystem，sensorADIS16355ischosenastheInertialMeasurementUnit(IMU)．Inviewofthegyrodriftisthemajorfactorincausingsystematicelrors，awaveletde-noisetechniqueisimpliedtothegyro’Soutputsignalandtheappropriatewaveletparametersarespecified．Thepaperprop

8、osesanimplementationprogramofattitudemeasurementsystembasedonMEMSSenSOrs．Thesystemhardwar