基于姿态传感器的载体辅助定位研究

摘要

本论文研究的是一种基于微电子机械系统（MEMS）的载体辅助定位技术。作为一种重要的自主定位检测手段，自定位技术被广泛的应用于自动控制和检测系统之中。然而自定位系统不依赖于外部信息也不向外部辐射能量的特征，使其在无参照物位置实时修正状态下的定位精度并不理想；同时，自定位系统硬件的复杂结构导致其使用成本偏高而无法得到广泛应用。
　　随着MEMS姿态传感器的不断发展，基于微机械姿态传感器的自定位技术具有设计结构简单、使用成本低等特点，因而受到广泛的关注。论文以微电子机械系统为研究基础，针对传统自定位技术精度低、使用成本高的问题，对MEMS自定位系统的定位算法以及硬件设计进行了深入的研究，并以此为基础研究了用于提高定位精度的修正算法。主要研究内容包括：
　　1）阐述了自定位技术的基本原理和技术概况，探讨了基于姿态传感器的自定位技术的理论模型以及相关的矩阵方程和坐标变换算法，以此为基础建立了基于MEMS姿态传感器的自定位数学模型。
　　2）分析了自定位系统的误差来源，以此为基础研究了用于提高定位精度的数据修正算法，包括卡尔曼滤波器使用、加速度修正算法、速度位移重建等。
　　3）确立了基于姿态传感器的载体辅助定位系统的硬件实验平台设计方案。选用Bosch公司出品的BMX055姿态传感器作为硬件平台的核心部件；对传感器信号采集、数据传输电路做了整体设计，详述了电路原理图。
　　4）设计了基于硬件实验平台的自定位技术实验方法，展示了实验过程。对传感器输出信号进行了数据采集与处理，使用MATLAB做了自定位模型算法、定位修正算法的软件实现。展示了部分实验数据并对实验结果做了分析和总结。

目录

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第1章 绪 论

1.1论文研究目的和意义

1.2国内外发展情况及研究现状

1.3论文研究内容及结构安排

第2章 自定位算法研究与基础模型建立

2.1自定位原理及计算过程

2.2基于加速度量的位移计算

2.3姿态解算参考坐标系

2.4姿态坐标系解算算法

2.5各姿态算法比较

2.6基于姿态传感器自定位模型建立

2.7本章小结

第3章 误差修正与补偿算法研究

3.1自定位系统误差分析

3.2自定位系统误差处理方案

3.3卡尔曼滤波器的使用

3.4加速度误差标定补偿

3.5速度位移重建算法

3.6无线通信协议选择

3.7本章小结

第4章 实验平台硬件设计

4.1微机械姿态传感器概述

4.2 MEMS姿态传感器选型

4.3无线收发芯片选型

4.4实验平台硬件结构设计

4.5实验平台模块电路设计

4.6本章小结

第5章 理论实验与数据分析

5.1传感器数据读取

5.2无线通信调试

5.3 MATLAB软件调试

5.4实验方案设计及结果分析

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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