基于MEMS和MR传感器的嵌入式系统姿态测量.pdf

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传统的姿态测量系统采用捷联式惯导系统(SINS),相比平台式惯导系统而言,其具有体积相对更小,成本相对更低,易于安装和维护并
Oeek电子工程网 图3-1传感器 3.1俯仰角与横滚角的获得: 为了获得系统基于重丿向量的俯仰角θ和横滚角φ,需要使用加速度计的 三个输出:Ax,Ay,Az.俯仰角和横滚角可以通过以下公式(1)和公式(2) 计算得到。对于微控制器,两数中的 arctan(x)需要通过以下公式(3)的泰 勒展开后才能计算得到。 aIcta 小、(A204 acta中xCAx<0.Ax20) 一式(1)e- arct 一式(2) √2x+ r(<0r<0) deid.(=0,.dx=0) m++R一式(3) 3.2方位角的获得: 为了获得系统相对于当地地磁向量的方位角,需要使用M传感器的三个输 出Mx,M,Mz.当系统置于水平状态时(俯仰角和橫滚角都为0)时,方位角 ψ可以由公式(4)直接给出,但是在大多数情况下,系统并不是工作在水平状 态,此时地磁场的竖直分量将会影响Mx和My的值,因此不能直接由公式(4) 获得相对于地磁向量的方位角。为了在所冇情况下都能获得正确的方位角,必须 将俯仰角和横滚角考虑在内,即必须通过以俯仰角和横滚角为参数的坐标变换, 将测得的(Mx,My,Mz)向量变换为与载体坐标系有相同方位角的水平坐标系 下的向量(M‘x,My,M‘z),其变换矩阼如公式(5)。 Oeek电子工程网 arctam-.(Mw>0) (一句一9 (My=0.Mx>0 cosp. o-sng 0 cos sin.60 10 {-M=0M<0y LO-sine cos sinp o cosp 材c+,(My<0,Mx0 cose sin dsing case sinecosφ arctan--R.(A<.Mx<0) cos fiine- sing corcos曰 式(5) M 变换后的(Mx,MyMz)应该为;M=RM 一式(6) 」LM 从而相对于地磁向量的方位角v可由一下公式(7)给出 M I M ,(My=0.Mx>0) 一式(7) (M=0,Mx<0) MJ*T(My<0, Mk> 0) iC.- M. 丌,(My<0.Mx<0 pandered 至此,系统的3个姿态参数全部由公式(1)(2)(7)给出。 4误差分析: 本文论述的姿态测量系统主要由MEMS加速度计和MR传感器组成。由于现有 MRMS技术的限制,其精度和传统的加速度计还有一定的差距,这将给所得到的 俯仰角和横滚角带来更大的误差。MR传感器是对磁场敏感的器件,当其被放置 在佚磁环境中的时候,地球的磁场将受到附近铁磁环境的扭曲,这将导致方位角 的误差。然而这种由于附近铁磁物质的影响而引入的误差是可以补偿的。 5结论: 使川MMS加速度计和R传感器构成的姿态测量系统有效的降低了整个系统 的体积、成本以及功耗,使得嵌入式系统也可以引入姿态测量的功能。本文论述 的姿态测量系统非常适用于汽车导航,机器人姿态测量等领域。本文的创新点在 于使用MES和MR元件构造了应用于嵌入式系统中的姿态测量系统,并详细给出 了各姿态参数的计算方法。

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    2019-09-05
    • 至尊王者

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