《基于扩展卡尔曼滤波的10-DOF惯性测量单元》毕业答辩.pptVIP

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基于扩展卡尔曼滤波的10-DOF惯性测量单元 课题研究背景及意义 系统方案设计 系统测试 总结与展望 课题研究背景及意义 惯性导航技术 特点:自主 组成:陀螺仪、加速度计、惯性平台、计算机 分类:平台式、捷联式 课题研究背景及意义 传统惯性导航技术 系统组成方式 平台式 系统体积 大 系统重量 大 系统成本 高 惯性器件 光纤陀螺、静电陀螺 算法 简单 应用领域 航天、航海、军用 课题研究背景及意义 新式惯性导航技术 系统组成方式 捷联式 系统体积 小 系统重量 小 系统成本 低 惯性器件 MEMS传感器 算法 复杂 应用领域 海洋探测、机器人 课题研究背景及意义 本课题研究内容 硬件平台:以MEMS惯性器件为核心 软件平台:以数据融合姿态解算算法为核心 预期成果:成本远低于军用领域的姿态检测系统,而零位偏移指数则优于目前常用的电子罗盘 课题研究背景及意义 系统方案设计 系统测试 总结与展望 系统方案设计 需求分析 系统主要功能:模块能够实时的检测载体的姿态与方向,并通过物理信道上传给PC 硬件平台要求:体积小、重量小、功耗低、稳定性好 软件平台要求:数据融合姿态解算算法实时性好 系统方案设计 硬件平台设计(嵌入式) 传感器:MEMS传感器 处理器:微处理器 电源接口:DC 5V 数据接口:RS232 系统方案设计 硬件平台设计 MEMS陀螺仪 公司 ADI InvenSense ST 型号 ADIS16136 MPU6050 L3GD20 量程(°/s) ±450 ±2000 ±2000 零位漂移(°/s) ±0.15 ±30 ±15 功耗(mW) 600 20 18 尺寸(mm) 64×66×30 4×4×0.9 4×4×1 价格(RMB) 4000 30 15 系统方案设计 硬件平台设计 MEMS加速度计 公司 ADI InvenSense ST 型号 ADIS16228 MPU6050 LSM303DLHC 量程(g) ±18 ±16 ±16 噪声( mg rms) 12 1.2 0.2 功耗(mW) 120 1 0.11 尺寸(mm) 37×40×15 4×4×0.9 3×5×1 价格(RMB) 1200 30 15 系统方案设计 硬件平台设计 处理器:STM32F303VCT6 特点:ARM Cortex-M4架构、72MHz主频、256KB Flash、48KB RAM、FPU单元、外设丰富 系统方案设计 系统硬件平台 系统方案设计 数据融合算法设计 姿态表征方式 欧拉角:用三次独立转动的三个角(横滚角、俯仰角、偏航角)确定坐标系相对角运动 特点:简单、直观、存在奇异点 四元数:用四元数(旋转四元数)相乘表示坐标系之间的角运动 特点:抽象、单位化后存在误差 旋转矩阵:在参考坐标系中,用九个方向余弦表示刚体坐标系 特点:计算量大 系统方案设计 数据融合算法设计 数据融合方法 基于互补滤波 系统方案设计 数据融合算法设计 数据融合方法 基于梯度下降 系统方案设计 数据融合算法设计 数据融合方法 基于卡尔曼 系统方案设计 数据融合算法设计 基于互补滤波 基于梯度下降 基于卡尔曼 优点 实现简单、运算量小 运算量较小、实时性好 精度较高、实时性好、自适应 缺点 滤波器参数固定,无法适应多种环境、姿态角度漂移较大 剧烈扰动会引起姿态角度的较大偏移 运算过程中涉及大量矩阵运算,对处理器性能要求较高 系统方案设计 数据融合算法设计 数据融合算法框图 系统方案设计 系统软件设计 系统方案设计 数据融合与姿态解算软件流程 系统方案设计 上位机程序设计 系统方案设计 上位机主界面 课题研究背景及意义 系统方案设计 系统测试 总结与展望 系统测试 系统静态测试 测量噪声协方差矩阵R对静态角度的影响 系统测试 系统静态测试 测量噪声协方差矩阵R RMS(°) 姿态漂移(°/h) ROLL PITCH YAW ROLL PITCH YAW 2.563 1.475 2.695 5.614 3.183 6.109 1.591 0.789 1.651 3.765 2.202 3.864 1.250 0.611 1.299 3.069 1.754 3.131 0.684 0.358 0.724 1.781 1.137 1.837 0.526 0.292 0.565 1.426 0.935 1.486 0.291 0.190 0.328 0.876 0.663 1.016 0.229 0.160 0.264 0.718 0.555 0.860 0.141 0.113 0.173 0.445 0.392 0.564 MTi-28A53G35 0.0475 0.06

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