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航姿参考系统(AHRS)是无人机飞控系统中提供实时航姿信息的重要组成部分。微小型无人机受自身载荷、功耗、尺寸及成本的限制,通常采用低成本MEMS惯性传感器和捷联惯性导航技术构成其AHRS,但测量精度较低。因此,研究基于低成本MEMS惯性传感器的AHRS设计中的关键问题,并寻求提高其精度的途径和方法,具有重要的工程应用价值。论文对基于低成本惯性测量单元MPU6050的微小型无人机AHRS设计中的MEMS惯性传感器的标定、温度补偿、随机误差补偿以及无人机姿态解算等关键问题进行了深入研究,主要内容包括:(1)深入分析了微小型无人机AHRS的国内外研究现状,以及商品化MEMS惯性传感器的发展现状,并根据研究内容,设计搭建了基于惯性测量单元MPU6050和微控制器STM32F103TBU6的微小型无人AHRS实验研究与测试的硬件平台。(2)完成了实验研究与测试平台的软件设计,主要包括数据采集、标定测试、姿态解算测试、数据封装与发送等程序模块。(3)深入分析比较了MEMS传感器的随机误差补偿算法,采用AR模型法结合离散Kalman滤波算法进行随机误差补偿,其效果良好。同时,深入分析研究了MEMS加速计的零偏输出、刻度因数和MEMS陀螺仪的零偏输出的温度补偿方法。(4)深入分析研究了MEMS传感器的标定方法,并结合惯性测量单元MPU6050的自身特点,对其三轴加速度计和三轴陀螺仪分别给出了基于12位置翻滚法和3位置法的标定数据模型,并进行了相关的实验测试,实验效果良好。(5)深入研究了捷联惯性导航系统的基本原理,并分析比较了常用姿态解算算法。采用基于互补滤波器的四元数法进行姿态解算,并在实验研究与测试平台上进行了转台静态和动态实验测试,以及搭载无人机进行了室外飞行实验测试,测试结果表明:基于MPU6050的AHRS能够满足微小型无人机的俯仰角和横滚角测量需求。