基于MEMS的导航系统设计与实现

• 作 者: 肖昌怡
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: MEMS 惯性导航 组合导航 Kalman滤波

导航是引导运载体在预定时间内,按照预定航线,由起始地点航行到目的地。对于很多需要导航能力的运载体,高精度和低成本是必须考虑的而又相互矛盾的两方面,通过惯性导航与其他辅助导航设备相组合的方式可在这两方面找到平衡。MEMS(Micro Electronic Mechanical Systems)是微机电系统的简称,MEMS惯性器件具有体积小、质量轻、价格低、功耗小、可靠性高、测量范围大、易于集成化等优点。本文利用微惯性传感器组成捷联惯性导航系统,以GPS接收机和磁罗盘作为辅助导航系统,软硬件融合,构成组合导航系统。本文阐述了捷联惯性导航系统、GPS全球导航定位系统和磁导航系统的构成,着重对原理进行了说明,分析了捷联惯性导航系统原理,建立了传感器的误差模型,设计了标定程序,模拟了惯性导航数据,对捷联惯性导航算法进行了仿真,设计了针对SINS/GPS/EC组合的信息融合滤波器。系统实现时,设计了以Cyclone系列FPGA为核心处理器,选用AD公司的MEMS陀螺和加速度计ADIS16355作为惯性传感器组成捷联惯性导航系统,以Fastrax公司的iTrax02卫星导航接收机和Honeywell公司的HMR3000为磁导航系统的组合导航系统硬件。在硬件平台上,设计了组合导航的嵌入式系统构架,在μC/OS-II嵌入式操作系统下,应用嵌入式C语言,设计了导航应用程序,实现了系统功能。最后在三轴多功能转台上进行试验,对实验数据进行了分析,验证了导航系统功能。实验结果表明,组合导航系统的精度优于三个独立导航系统的任一子系统精度,可靠性得到提高。