基于DSP和STM32的航姿参考系统设计

近年来,随着MEMS惯性传感器的快速发展,民用领域对姿态测量的使用也越来越广泛,航姿参考系统便显得尤为重要.基于DSP和STM32单片机,采用多传感器数据融合算法进行卡尔曼滤波作为航姿解算单元,设计并完成了航姿参考系统的核心部分.选用SGT320E型三轴多功能转台,在静态和动态环境下进行了数据的分析和验证.结果表明,该航姿参考系统能够满足小型化、低功耗和低成本的航姿系统的设计要求,适用于对精度要求不是很高的民用领域.     

基于MEMS传感器的数字式航姿系统设计

针对传统的模拟平台式航姿系统的不足,设计并实现了基于微惯性传感器和微磁传感器的数字式捷联惯性航姿系统。结合四元数微分方程,利用一种以加速度计和磁航向为观测量的卡尔曼滤波器进行数据融合,实现了对陀螺漂移的修正。PC104作为导航计算机,安装了微软高性能嵌入式操作系统。实物静态和跟踪实验表明:该航姿系统简单可行,能够很好地满足航姿系统精度要求。     

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。     

基于低成本MEMS器件的捷联航姿系统设计

针对军事和工程领域对低成本、微小型航姿系统的迫切需求,介绍了自行设计的基于低成本MEMS器件的航姿系统,深入研究了构建该系统的关键技术。针对MIMU的性能特点及核心处理器的运算速度,给出了磁传感器的补偿算法,采用了基于等效旋转矢量的姿态解算方法,并应用了降阶卡尔曼滤波器。通过移植μC/OS-Ⅱ实时操作系统,增强了系统的实时性。实验结果表明,所设计的航姿系统实时性好,精度可达要求,具有广阔的应用前景。     

基于DSC与MEMS的微型测姿系统研究

针对当前无人机航姿系统对GPS信息依赖严重的特点,设计了基于MEMS ADIS16405传感器和数字信号处理器（DSC）TMS320F28335的微型惯性测姿系统。以MEMS传感器的角速度、重力加速度、航向信息,建立姿态四元数方程,解算出飞行器姿态。运用扩展卡尔曼滤波方法,消除MEMS陀螺漂移误差。DSC28335的硬件平台实现了四元数扩展卡尔曼滤波算法。转台仿真试验表明,漂移误差能在线最优估计和实时补偿,输出的航姿精度较高。该微型测姿系统具有较高的实用价值。     

微型航姿系统中磁传感器温度漂移补偿研究

研究了微型航姿系统中地磁传感器的温度特性,根据地磁传感器噪声的频谱特性,设计了带阻数字滤波器;基于地磁传感器测量原理分析传感器输出电压随温度变化的规律,利用多项式相消的方法建立磁传感器温度漂移误差的实时补偿模型,并应用于微型航姿系统的磁航向解算。多次试验结果表明:地磁传感器零偏模型具有良好的重复性,实时温度漂移误差补偿模型可以有效地补偿地磁传感器引起的温度漂移误差;缩短了系统的预热时间,提高了系统输出的磁航向精度。     

航姿系统矢量场传感器校正的双内积法

三轴磁强计与加速度计广泛用于航姿系统中,针对其误差补偿问题,提出一种基于双内积的校正方法。该方法利用了地磁场和重力矢量自身模值守恒,以及二者在旋转轴上投影的不变性。该方法能克服基于椭球拟合的校正方法无法补偿非对准误差的缺陷,实现三轴磁强计及加速度计的完全校正。实验结果表明,该方法能有效改善航姿系统的精度且操作简便。     

基于DSP的航姿系统多传感器信息融合技术

设计了基于DSP的专用导航计算机,并以此为硬件平台,采集陀螺仪、加速度计、磁航向传感器和速度传感器信号,利用卡尔曼滤波技术进行多传感器信息融合,成功搭建了低成本小型航姿系统。针对该航姿系统的特点,设计了导航计算机程序快速更新软件,对卡尔曼滤波器进行低阶处理。针对导航计算机“数字信号处理器(DSP)+单片机(MCU)”的特殊结构,设计了合理的多传感器信息融合程序。实验证明:航姿系统利用多传感器信息融合技术,使用自行研制的专用导航计算机平台,姿态误差小于0.2,°航向误差小于0.5°,且大大减小了系统成本、体积和功率,具有实际应用价值。     

基于MAEKF算法的航姿参考系统设计

构建了以低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁传感器组合的航姿参考系统,提出了一个乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法.取乘性误差四元数和陀螺仪误差作为状态量,基于重力场和磁场构造了量测矢量,用于修正航姿数据.并采用准确量测法,给滤波器加入了四元数的归一化约束,最后给出了基于新息的估计量测噪声方差矩阵的公式.通过仿真和试飞验证,表明本文设计的低成本的航姿参考系统能够提供比较准确的航姿信息.与常规的扩展卡尔曼滤波器比较,本文设计的乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法有效提高了系统的精度和稳定性,并且具有较好的鲁棒性.     

基于DSP的小型捷联航姿系统的设计与仿真

针对以捷联惯导为中制导的战术导弹,设计了一种基于数字信号处理器（DSP）的小型数字化捷联航姿应用系统,并对捷联航姿系统的算法及器件误差补偿进行了分析与仿真。首先针对捷联航姿系统提出了器件误差的简化模型,然后通过对比四阶增量法和四阶龙格库塔法解四元数微分方程,提出了以四阶增量法为基础构建快速执行算法。最后采用一组实测信号对系统进行了仿真验证。结果表明,传感器的精度对仿真结果具有明显的影响,对惯性器件的实时误差补偿是非常必要的。所选算法的计算量与存储量都不大,在实际计算中可以选用。该系统具有运算速度快、精度适当等特点,不仅可用于小型战术导弹,也可用于其它低成本的小型导航领域。     

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的吊车系统摆角无线测量

提出并实现一种基于微机电系统(MEMS)的吊车系统摆角无线测量方案。测量系统包含2套具有无线通信功能的基于MEMS的航姿参考系统(AHRS)模块,一套安装在吊车本体用于检测吊车本体的空间姿态,另一套安装于吊钩用于检测负载的空间姿态,以吊车本体姿态为基准校核负载的空间姿态,计算得到负载相对吊车本体的空间摆角。对提出的吊车系统摆角测量技术搭建了实验装置进行验证,实验模块集成Zig Bee无线通信和基于MEMS的AHRS。实验结果表明:装置能够有效实现吊车系统摆角的有效测量。     

基于扩张状态观测器的卫星通信跟踪控制系统设计

当前卫星通信跟踪控制系统对精准度的控制仅能维持在微弧度量级,跟踪控制精度难以达到用户要求,为了解决上述问题,基于扩张状态观测器设计一种新的卫星通信跟踪控制系统。系统硬件主要设计了控制模块、传感器模块、电源模块与电机驱动模块,控制模块的核心芯片选用SXD320F2784型号,提高处理频率,电源芯片为TDG3320芯片,能够保证固定电压转换为可调电压,传感器模块通过AHRS轴向传感器、GPS、信标机组成,确保传感能力,利用L845N芯片设计电机驱动模块,增强额定电压。引入扩张状态观测器,通过系统初始化、天线经纬度计算、误差比较、卫星通信信号跟踪控制、驱动直流电机实现软件流程。实验结果表明,所设计卫星通信跟踪控制系统能够将跟踪精度从原来的微弧度量级提高到纳弧度量级,有效提升跟踪准确率,增强系统的干扰抑制能力,确保控制输入峰值达到与其要求。     

小型尾坐式飞行器航姿参考系统

针对小型尾坐式飞行器姿态实时解算问题,研究了低成本的航姿参考系统(AHRS).由于MEMS惯性器件精度较低,设计了混合卡尔曼滤波器,以姿态四元数和陀螺随机漂移为状态变量,抑制了载体长时间飞行时陀螺漂移造成的累积误差.由于加速度计输出值在除重力加速度之外的附加加速度较大时不可信,完善了判断载体运动状态的方法,根据加速度计的实际输出,选择加速度值或者磁场强度作为观测量.实验结果表明,设计的算法在精度和计算效率方面都能满足控制系统的需求,更加适用于对实时性有较高要求的飞行器.     

基于LwIP的车辆监控系统移动终端设计与实现

文章介绍了一种基于LwIP协议栈的车辆监控系统移动终端的设计方案。分析了系统结构和移动终端的硬件组成。讨论了TCP/IP协议栈LwIP和操作系统协同工作和终端Internet接入的软件设计与实现。实验表明,该移动终端能实现系统各项功能,满足实际应用的需要。     

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.     

基于蓝牙的嵌入式无线局域服务系统设计

提出了一种对流动人员进行即时服务的蓝牙嵌入式服务系统模型.系统能够对拥有如蓝牙智能手机的用户提供即时信息服务.系统由蓝牙智能手机、蓝牙无线服务器及后台设备组成.阐述了系统主要功能及系统具体工作流程,重点分析了系统核心设备-蓝牙服务器设计所用的软硬件关键技术.详细论述了基于ARM32bits微处理器XScale和蓝牙模块CSRBlueCore4的硬件设计和基于Linux操作系统裁剪及蓝牙协议的软件设计.实验及应用结果表明,依据所述技术设计的产品能够满足实际要求.