基于ARM的微型航姿参考系统设计与实现.pdf

ARM处理器是一种广泛应用于嵌入式系统和移动设备的微处理器架构。它具有体积小、功耗低、性能高的特点，非常适合用于对体积和能耗要求严格的微小型无人飞行器。在设计微型航姿参考系统（AHRS）时，ARM处理器因其优势而被选为主要控制器。 微型航姿参考系统（AHRS）是无人飞行器实现自主飞行的关键部分，它能够提供精确的航向、横滚和俯仰等姿态信息。传统的飞行器使用的航向测量设备，如陀螺航向仪、无线电航向仪和磁力计等，体积庞大、成本高昂且功耗大，因此并不适用于微小型飞行器。因此，需要开发基于低成本、低功耗、微小器件的航姿系统。 本项目的设计中，微型航姿参考系统由多种传感器组成，包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计和气压高度计。三轴加速度计能够测量飞行器在三维空间中的加速度，三轴陀螺仪可以测量飞行器的角速度，三轴磁力计用于测量飞行器姿态变化造成的磁场变化，而气压高度计则用于测量飞行器的相对高度。这些传感器的信号被输入到ARM处理器中，经过算法处理后，系统能够输出精确的姿态信息。 在算法方面，系统采用了四元数法进行姿态解算。四元数法是一种用于描述和计算三维空间中物体方位的方法，它能够避免传统欧拉角方法的万向节锁问题，非常适合用于航姿系统。此外，系统还给出了一种磁航向校正的方法，进一步提高姿态解算的准确性。 为了便于操作者监控飞行器的状态，系统还开发了上位机界面。上位机界面使用LabWindows/CVI开发环境实现，能够实时显示飞行器的输出信号，并进行相应的控制操作。测试结果表明，该系统在实际应用中达到了预期的效果。 基于ARM的微型航姿参考系统设计结合了多种传感器技术和先进的姿态解算算法，为微小型无人飞行器提供了体积小、精度高、功耗低的航姿解决方案。该系统不仅满足了微小型无人飞行器对航姿系统的需求，还在降低成本和简化主控制器负担方面做出了贡献。通过实际应用的测试，验证了该系统设计的实用性和可靠性。