基于ARM的嵌入式航向姿态参考系统的研究

摘要

众所周知，载体的航向和姿态是无人直升机导航系统中必不可少的重要参数，它是保证其能在空中保持期望姿态并稳定飞行的前提条件。随着嵌入式系统的飞速发展以及新型高性能元器件的出现，本文提出并研制出了一种基于ARM内核的高性能的嵌入式微处理器和嵌入式实时操作系统的航向姿态参考系统。 文章首先介绍了航姿系统的相关基本理论及其工作原理，包括惯性系统中常用坐标系的定义、姿态角的定义以及捷联矩阵计算。 其次，文章重点介绍了基于ARM的航姿系统的软硬件设计。在硬件设计上，给出了硬件总体设计方案，并对各个功能模块进行了详细论述；软件是以uC/OS-Ⅱ为嵌入式实时操作系统来开发的应用程序，在给出系统软件总体框架的基础上，分别论述了硬件驱动程序、操作系统移植以及任务的划分。 最后，分析了磁航向误差产生的原因以及补偿方法，并用实验对椭圆假设补偿方法进行了验证。 研究证明，由三轴微加速度计、三轴微陀螺仪和三轴磁阻传感器阻组成，以S3C44B0X微处理器和uC/OS-Ⅱ实时操作系统为核心的航向姿态参考系统，与通常的航姿测量系统相比，具有体积小、成本低、实时性强等特点，很有应用价值。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

1.1论文研究的背景和意义

1.1.1惯性导航系统概述

1.1.2国内外惯导系统研究状况

1.1.3课题研究的意义

1.2航姿系统的硬件实现技术

1.3航姿系统的软件实现技术

1.4论文主要内容简介

第二章航姿系统基本理论及工作原理

2.1几种常用坐标系的定义

2.2航姿系统工作原理

2.2.1载体的姿态表示

2.2.2捷联矩阵

2.2.3载体的姿态测量原理

2.3本章小结

第三章基于ARM的航姿系统硬件设计

3.1引言

3.2系统总体设计方案

3.3系统硬件模块设计

3.3.1微处理器及其外围电路

3.3.2传感器模块

3.3.3数据采集模块

3.3.4串行口通信模块

3.4本章小结

第四章基于ARM的航姿系统的软件设计与实现

4.1引言

4.2软件总体结构

4.3驱动程序设计

4.3.1 A/D转换模块

4.3.2串口通信模块

4.3.3 Flash存储模块[33-34]

4.4 uC/OS-Ⅱ实时操作系统在S3C44B0X上的移植[8-9][32-33]

4.4.1移植条件

4.4.2移植步骤

4.5任务设计

4.6本章小结

第五章磁航向误差分析与补偿方法

5.1引言

5.2磁航向误差来源

5.3误差补偿方法[10][36-41]

5.3.1最小二乘误差补偿法

5.3.2椭圆假设补偿法

5.3.3误差补偿方法比较

5.4试验结果与分析

5.4.1试验平台

5.4.2试验结果分析

5.5本章小结

第六章总结与展望

参考文献

附录

附录一传感器模块原理图

附录二数据采集和串口通信模块原理图

作者攻硕期间完成的学术论文

作者简介