基于MEMS的慣性導航系統(tǒng)研究與設計.pdf

1、慣性導航系統(tǒng)因為其自身不需要依靠外部信息，自主性強，體積小，結構簡單，能耗低等優(yōu)點和性能特點，在軍事、民用、科研、航空、航海等領域得到了廣泛的應用。本文從理論與實際慣性導航硬件的設計制作兩個方面對慣性導航系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的研究。論文的主要工作如下：
　　根據四元數算法的基本理論，本文首先闡述了捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)的基本原理，采用畢卡逼近法求解四元數微分方程，并由此計算姿態(tài)矩陣，從而求解得到慣性導航的姿態(tài)角，將加速度傳感器的輸出按姿態(tài)角

2、進行比力變換與積分，求得位置參數。
　　基于MEMS器件和ARM9處理器，詳細描述了慣性導航系統(tǒng)的硬件設計方法，設計了基于ITG-3200陀螺儀、ADXL345加速度計、基于HMC5843電子羅盤的MEMS傳感器的外圍電路，同時對電源電路、通訊接口等進行了描述。在慣性導航的軟件設計方面，描述了嵌入式操作系統(tǒng)的選擇，uC/OS-II操作系統(tǒng)在ARM9處理器上的具體移植，詳細闡述了MEMS傳感器數據采集任務、導航計算任務、導航結果輸出

3、任務的設計方法，以及三個任務之間的通信及協(xié)調控制方法。此外，采用Qt上位機編程工具，利用VTK作為3D渲染引擎，設計了姿態(tài)顯示界面，詳細描述了在Qt中加載三維圖形的方法，慣性導航處理器與姿態(tài)顯示界面之間通信協(xié)議的實現(xiàn)。最后，設計了基于狀態(tài)機的協(xié)議解析方法，并且對采集到的傳感器數據，導航計算的結果進行了系列的對比與分析。
　　論文基于MEMS傳感器和ARM9處理器，設計實現(xiàn)了慣性導航系統(tǒng)的硬件和軟件平臺，通過實際采集與計算數據的分析