四旋翼飛行器姿態(tài)檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、四旋翼飛行器因其可以通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)進(jìn)而輕易轉(zhuǎn)換姿態(tài)，而且具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性能等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用科研、軍事、民事等領(lǐng)域。
　　姿態(tài)角是飛行器重要飛控參數(shù)，對(duì)其良好飛行質(zhì)量起到至關(guān)重要作用。四旋翼經(jīng)常用到陀螺儀、加速度計(jì)以及地磁計(jì)作為姿態(tài)檢測(cè)元件，而姿態(tài)檢測(cè)傳感器性能的優(yōu)劣是直接決定姿態(tài)控制的輸入，進(jìn)而影響飛行器的穩(wěn)定飛行的控制。綜合分析性能高的器件價(jià)格昂貴,本系統(tǒng)選擇價(jià)格相對(duì)低的MEMS檢測(cè)傳感單元。但因?yàn)樵擃惣铀俣扔?jì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢

2、，存在累積漂移誤差，并且在飛行器運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中給測(cè)量帶來(lái)白噪聲，地磁計(jì)在測(cè)量地磁場(chǎng)的過(guò)程中易受周邊環(huán)境中外部磁場(chǎng)的干擾而無(wú)法獨(dú)立給出測(cè)量結(jié)果，陀螺儀又存在累積誤差和零點(diǎn)漂移，所以這三類傳感器均不合適單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量姿態(tài)角。
　　為了能夠準(zhǔn)確的測(cè)量無(wú)人機(jī)姿態(tài)，本文所設(shè)計(jì)的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)由陀螺儀、加速度計(jì)和地磁計(jì)及數(shù)據(jù)處理器組合起來(lái)，通過(guò)慣性傳感器對(duì)無(wú)人機(jī)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，主控制器STM32F407VG運(yùn)行IMU程序，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而

3、實(shí)現(xiàn)姿態(tài)更新，與此同時(shí)，通過(guò)串口將姿態(tài)數(shù)據(jù)和傳感器測(cè)量值上傳至PC機(jī)。通過(guò)對(duì)組合系統(tǒng)的姿態(tài)測(cè)量原理和分析方法探究，使用四元數(shù)一階Runge-Kutta方法進(jìn)行解算姿態(tài)，通過(guò)加速度計(jì)和地磁計(jì)的輸出值修正由隨機(jī)漂移導(dǎo)致的陀螺儀偏差，在濾波算法的選擇上，本文選取了互補(bǔ)濾波、卡爾曼濾波、共軛梯度下降互補(bǔ)濾波三種方法，通過(guò)仿真驗(yàn)證三種算法在無(wú)人機(jī)姿態(tài)檢測(cè)信息融合過(guò)程中的效果，結(jié)合濾波原理和動(dòng)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，選擇效果最優(yōu)的互補(bǔ)濾波算法。最終結(jié)合互