基于MEMS惯性器件的捷联式姿态测量系统的研究

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姿态测量系统是载体导航及姿态控制系统的重要组成部分,其精度直接影响到运载体各控制系统的精度。由于运载体带负载的能力有限,要求姿态测量系统的体积质量小、功耗低。随着MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术和计算机技术的发展,运载体姿态的测量普遍采用捷联惯性测量单元(InertialMeasurement Unit,IMU),其主要由低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁强计组成。由于陀螺仪存在漂移,在姿态估计过程中存在累计误差,加速度计会受到运载体运动过程中振动的影响,同时磁强计是一种磁阻传感器,容易受到外部磁场的干扰。因此提高基于MEMS姿态测量系统的测量精度是研究运载体导航控制的不可缺少的一部分。本文针对运载小型化及导航精度的要求,提出了一种基于微惯性测量单元/磁强计的组合测姿系统,分析了惯性传感器的输出误差产生机理,并构建其误差数学模型,通过实验对进行了标定补偿。然后利用三轴MEMS陀螺仪、加速度计组成微惯性测量单元分别测量角速度和重力加速度,利用三轴磁强计测量地磁场分量,构成组合姿态测量系统。并利用扩展卡尔曼滤波对来自三个惯性器件的姿态信息进行算法融合,提高了姿态测量精度。完成了系统的硬件设计以及软件算法设计,半物理仿真显示姿态测量系统有效的抑制了陀螺仪随机漂移,达到设计要求。
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