基于陀螺仪与加速度传感器的动态姿态检测系统设计开题报告
2020-04-13 01:04
1. 研究目的与意义（文献综述）
在日常生活中，针对我们对运动姿态的监测需求，设计一个基于微机电系统的陀螺仪和加速度传感器的运动姿态的实时系统。把绕一个支点高速转动的刚体称为陀螺，是一个质量均匀分布的和轴对称形状的刚体，几何对称轴称为自转轴。通常情况下将能够测量相对惯性空间的角速度和角位移的装置称为陀螺。陀螺是一种在无外界参考信号也能探测出运载体本身姿态和状态变化的内部传感器，可以测量运动体的角度、角速度和角加速度。定轴性和进动性是陀螺仪的两大特性。利用这两个特性就可在运动物体上建立不变的基准，从而测量出运动体的姿态角和角速度。同时由加速度计测出其线加速度，经过必要的积分运算和坐标变换，确定运动物体相对于基准坐标系的瞬时速度和位置。也就是说，可以利用陀螺的特性建立一个相对惯性空间的人工参考坐标系，通过陀螺仪和加速度计运动物体的旋转运动和直线运动信号，经计算机综合计算，姿态控制系统和动力系统，实现运动物体的完全自动控制。微机械陀螺仪是基于微机械加工制造技术产生的高技术产品，是当代微机械电子系统(MEMS)领域和惯性领域新兴的十分重要的分支，而MEMS及其制造技术是在微电子工艺基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，它涉及电子工程、机械工程、材料科学、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和学科。它是未来低成本、中精度、微尺寸、低功耗、抗高过载、高可靠性惯性测量元件的发展方向。为了提高姿态测量的精度，采用多传感器的融合，利用陀螺仪传感器测量运动物体的姿态角度因变速运动而引起的测量偏差，利用加速度传感器可以消除由陀螺仪引起的漂移误差和累积计算误差，利用加权时变的卡尔曼滤波器对数据融合方法可以有效地提高姿态测量的准确性和稳定性。
姿态检测系统可以及时的显示出载体的姿态数据，对控制系统有很大的帮助，因而姿态测量系统可以广泛的应用于航空、航海以及国防事业中。随着科技的发展，姿态测量系统在现代的控制过程中有着更加广阔的应用前景。在实际的控制过程中，一个高精度的姿态显得格外重要。
2. 研究的基本内容与方案
主要研究内容及目标、拟采用的技术方案计措施：
（1）结合陀螺仪和加速度传感器实现对姿态的检测
（2）设计算法算出最优姿态
3. 研究计划与安排
第01-02周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解所需的相关知识与技能。
第03-04周：确定方案，完成开题报告。
第04-10周：制定总体架构，设计其功能模块，搭建实验（仿真）平台；
第10-12周：完成系统仿真与调试工作，记录数据并进行数据分析；
4. 参考文献（12篇以上）
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