基于MEMS的微型飞行器姿态测量系统

利用三轴加速度计和三轴磁强计,设计了基于MEMS技术的微型飞行器姿态测量系统。系统采用C8051F单片机进行各传感器的数据采集,通过串口通信将采集的信息发送到上位机,用四元数解算算法进行数据融合和姿态解算,将俯仰角,横滚角、航向角等信息在上位机界面上显示出来。     

基于UKF的MEMS传感器姿态测量系统

针对工业和民用领域对姿态测量的需求,提出了基于MEMS加速度计、陀螺仪和磁强计的姿态测量系统,并采用无先导卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)方法处理传感器数据.针对基于加速度计和磁强计的姿态测量方式在动态测量时不准确的问题和单独采用陀螺仪测量角度产生漂移的问题,设计了基于方向旋转矩阵的...     

基于六轴MEMS器件姿态测量系统

为了解决噪声和漂移等原因造成的误差不断累积的问题,针对陀螺仪的静态性能以及加速度计的动态性能,提出了一种利用六轴MEMS器件对照相机三脚架的稳定测量系统,介绍了MEMS器件的工作原理,介绍硬件系统和软件系统,完成了基于ADXR450陀螺仪和ADXL355加速度计的检测硬件系统设计,通过传感器获取角速度加速度信息,采用不同的滤波方式对输出结果进行了分析,比较卡尔曼滤波和一阶RC数字滤波;经比较,卡尔曼滤波实时性更好,一阶RC滤波动态响应更好;实验证明,系统静态下更适用于一阶滤波,计算出姿态测量角度误差在0.104°以内,得到理想的姿态信息,能有效地提高检测目标姿态的精度。     

基于MEMS/GPS的航向姿态测量系统设计

姿态信息是飞行控制中最关键的参数之一。针对飞行控制系统首要解决的姿态测量问题。本文利用多微机电系统（MEMS）传感器与GPS组合,研制了一种微型航向姿态测量系统。考虑在以往的姿态测量系统中,动加速度的影响限制其应用,通过设计利用GPS进行辅助修正的姿态解算算法,有效规避了运动加速度对测量精度的影响,使系统可同时满足静态情况和动态情况的使用。将试验结果与商用姿态测量产品MTI-G-700的姿态结果进行了比较,各项指标均达到系统设计的性能要求,验证了航向姿测量系统设计的有效性。     

基于MEMS加速度计的飞行器姿态指示系统研究

研究了一种基于MEMS加速度计的飞行器姿态指示系统的实现方法。给出了系统的原理与整体框架,重点阐述了系统的硬件电路和软件的设计。与传统姿态指示系统相比较,该系统体积小,功耗低。试验表明：该系统具有较高的可靠性,可用于需要进行姿态控制的各类飞行器的姿态指示。     

基于MEMS的药物释放系统

微机电系统(MEMS:Microelectro-Mechanic System)是一个集成化系统,该系统既有传感单元,又有中央处理控制单元及执行相应操作的单元,它涉及医药、生物、材料、电子、机械、集成电路工艺等多方面的内容．MEMS技术的产生和发展将带动众多交叉学科与高新     

基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计

为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。     

多MEMS传感器的嵌入式姿态测量系统设计

针对姿态测量在低成本、低功耗、微型化应用中的需求,设计了三轴MEMS陀螺仪、加速度计、电子罗盘与嵌入式技术相结合的姿态测量系统。介绍了系统的组成结构,设计了嵌入式姿态测量硬件电路,并实现了基于姿态计算DCM算法的程序。上位机演示表明,系统的姿态测量结果准确、动态效果好。     

微机电系统姿态估计系统算法与仿真

结合陀螺仪、加速度计误差模型,实现了以微机电系统(MEMS)陀螺仪与MEMS加速度计为基础的姿态估计硬件仿真系统,可用于模拟任意噪声强度和安装偏差下三轴捷联惯导系统(INS),即按照给定运动曲线仿真输出陀螺仪与加速度计数据,为设计姿态估计算法提供仿真验证平台.同时,以姿态四元数为状态变量,载体俯仰角与横滚角为观测值设计了基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的姿态估计算法,俯仰角估计误差小于0.04°,横滚角估计误差小于0.05.,偏航角漂移速度0.01(°)/s.     

基于MEMS陀螺仪的微惯性测量系统的实现

微机电(MEMS)惯性传感器应用日益广泛,本文给出了一种基于新型MEMS陀螺仪的微惯性测量系统的实现.系统采用了ANALOG DIVICES公司的AIDS16255陀螺仪,其精度较高,并增加了校准功能,能够在内部对敏感度和偏差因子进行补偿.系统具有体积小、重量轻、可扩展性好等特点.本文给出了系统的原理图和软件流程的关键内容.     

A Cost Effective Motion Platform for Performance Testing of MEMS-Based Attitude and Heading Reference Systems

An accurate attitude and heading reference system (AHRS) is a key component to ensuring safe and reliable flight of unmanned aerial vehicles (UAVs). Recently, much attention has been given to developing AHRS using inertial sensors based on microelectromechanical sytems (MEMS). These MEMS-based AHRS are low-cost, lightweight, and consume little power. However, the advantages of inexpensive MEMS sensors are coupled with the drawback of having greater potential error in reported roll, pitch, and yaw angles due to increased sensor noise and drift. To minimize this error, advanced sensor fusion techniques such as Kalman Filtering are commonly implemented. Testing these techniques, and the AHRS as a whole, is therefore a crucial part of the performance optimization process. This paper outlines the development of an inexpensive 3-axis motion platform for AHRS calibration and testing that replicates aircraft motions from actual UAV flights, or from a flight simulator. To accomplish this, custom LabVIEW control software was developed to process time-stamped aircraft orientation data. Commands were then sent through a microcontroller to the motion platform, which reconstructs the flights with high precision (R² = .994). By using this method, AHRS testing can be performed under more realistic conditions, providing an alternative to costly field testing. This technique is especially useful for simulations of autonomous vehicle technologies such as collision avoidance, where an increased risk of damage to the UAV is present.     

CAN总线在捷联航姿系统中的应用

提出了一种捷联航姿系统的方案设计.该捷联航姿系统基于德州仪器公司新型数字信号处理器TMS320C6713,解算出的航姿信息由CAN总线输出.较之于用传统的RS232、RS485、1553B等输出方式,使用CAN总线,有助于将航姿系统、计算机、控制设备、测试设备、各种传感器,通过CAN总线互连,构成一个高速、可靠、廉价的现场总线控制系统(FCS).     

Invariant Observer Design of Attitude and Heading Reference System

An attitude and heading reference system (AHRS) is a nonlinear state estimator unit for computing orientation in 3D space. This paper designs an AHRS using three approaches: an invariant observer, an invariant extended Kalman filter (IEKF), and a conventional extended Kalman filter (EKF). The three designs are validated in experiment versus a ground truth, demonstrating the practical interest of the invariant observer methodology and the advantage of the IEKF over the EKF under model uncertainty.     

分布式捷联姿态基准中数据采集系统的设计

研究了分布式捷联姿态基准中与各捷联姿态基准的IMU相对应的各数据采集系统(DAS)的设计方法.设计时,对挠性陀螺仪的输出采用以∑-△型ADC为基础的A/D转换的量化方案,对石英挠性加速度计的输出采用I/F转换的量化方案并设计了相应的基于CPLD的高性能多路脉冲信号采集器.由于每个DAS是分布式系统中的一个节点,因此为DAS设计了CAN接口.为便于DAS的开发、软件升级和现场调试等,所设计的DAS具有ISP功能.文中着重讨论了提高∑-△型ADC应用精度的方法及基于CPLD的高性能多路脉冲信号采集器的设计方法.测试表明DAS的模拟输入通道在采样率为100 Hz时的转换精度接近18位,DAS的计数输入通道的计数精度与理论值一致,DAS的CAN接口工作正常、可靠.     

基于UKF的无人机航姿系统算法研究

研究无人机捷联导航姿态精度优化问题,针对微小型无人机做连续大机动飞行时,MEMS器件用于载体航姿测量精度低、易发散的问题,提出了一种基于UKF技术的姿态融合算法.用重力加速度在机体系的分量和陀螺漂移做为待估的状态量,建立了非线性的滤波模型.在系统模型噪声为复杂加性噪声且量测方程为线性方程时,推导出简化UKF算法.为了验证上述算法的有效性,将UKF和EKF算法进行对比,并通过姿态误差均值和均方差对实验结果进行定量分析.仿真结果表明,数据融合判别准则合理可行,改进算法提高了载体机动情况下的姿态精度,达到了预期的要求.     

四旋翼飞行器航姿参考系统的误差补偿方法研究

航姿参考系统是四旋翼飞行器姿态控制和惯性测量的关键,基于MEMS的惯性导航系统长期稳定性较差,陀螺仪传感器和加速度计存在明显的零漂现象,因此在使用前必须对陀螺仪传感器和加速度计的误差系数进行标定;论文首先以航姿参考系统的陀螺仪和加速度计实时数据的采集与处理,并通过对陀螺仪和加速度计的误差产生原理的分析,提出了陀螺仪和加速度计的新型误差补偿模型,并推导了基于高斯牛顿法的误差补偿与标定方法,由此简化了标定过程,得到了标定结果; 实验结果表明了在不提高成本和降低精度的情况下该基于高斯牛顿法的误差补偿与标定方法的有效性。     

基于MTi微惯性航姿系统的卡尔曼滤波器设计

本文介绍了惯性航向姿态系统中两种常用的航向姿态测量方法和MTi的组成,并以MTi微惯性航姿系统（微机械陀螺、做机械加速度计、三轴磁强计）为研究对象,构建航姿系统。给出了基于MTi的航姿系统的四元数卡尔曼滤波算法,并在卡尔曼滤波器中利用加速度计和磁强计计算的姿态角来补偿陀螺的漂移。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于机动检测的捷联航姿算法研究

针对低精度陀螺仪、加速度计和磁传感器组成的捷联航姿系统存在的易受载体运动加速度影响而导致姿态精度下降甚至发散的问题进行了研究,提出了一种基于机动检测的捷联航姿算法。该算法根据陀螺仪数据进行姿态实时更新,利用加速度计和磁传感器输出对载体姿态误差进行校正以保持航姿输出的长期精度。算法根据加速度计输出在导航系中投影的水平分量进行机动检测,剔除机动期间的加速度数据,利用载体匀速运动状态下的加速度数据与磁传感器数据构造量测,利用卡尔曼滤波器对姿态误差进行估计并修正。仿真结果表明,该算法能有效完成载体机动检测,保证系统存在机动的情况下姿态精度满足应用要求。     

基于DSP和FPGA的捷联航姿仪的设计

针对捷联航姿系统的发展情况,设计了一种高速、多通道、可扩展的计算机系统.主要描述了系统的硬件电路,采用了高性能DSP为内核,用于高速处理数据;采用FPGA构成主要的外部输入输出接口.FPGA映射到DSP中EMIF的一段地址空间,两者之间通过EMIF接口进行交互.FPGA设计采用VHDL语言描述,DSP程序采用了C语言程序和汇编程序编制.实践证明了系统的高速性和高可靠性.