基于扩展卡尔曼滤波的基于扩展卡尔曼滤波的10-DOF惯性惯性测量单元测量单元答辩人：导师：课题研究背景及意义课题研究背景及意义系统方案设计系统方案设计系统测试系统测试总结与展望总结与展望课题研究背景及意义课题研究背景及意义惯性导航技术特点：自主组成：陀螺仪、加速度计、惯性平台、计算机分类：平台式、捷联式课题研究背景及意义课题研究背景及意义传统惯性导航技术系统组成方式系统组成方式平台式系统体积系统体积大系统重量系统重量大系统成本系统成本高惯性器件惯性器件光纤陀螺、静电陀螺算法算法简单应用领域应用领域航天、航海、军用课题研究背景及意义课题研究背景及意义新式惯性导航技术系统组成方式系统组成方式捷联式系统体积系统体积小系统重量系统重量小系统成本系统成本低惯性器件惯性器件MEMS传感器算法算法复杂应用领域应用领域海洋探测、机器人课题研究背景及意义课题研究背景及意义本课题研究内容硬件平台：以MEMS惯性器件为核心软件平台：以数据融合姿态解算算法为核心预期成果：成本远低于军用领域的姿态检测系统，而零位偏移指数则优于目前常用的电子罗盘课题研究背景及意义课题研究背景及意义系统方案设计系统方案设计系统测试系统测试总结与展望总结与展望系统方案设计系统方案设计需求分析系统主要功能：模块能够实时的检测载体的姿态与方向，并通过物理信道上传给PC硬件平台要求：体积小、重量小、功耗低、稳定性好软件平台要求：数据融合姿态解算算法实时性好系统方案设计系统方案设计硬件平台设计（嵌入式）传感器：MEMS传感器处理器：微处理器电源接口：DC 5V数据接口：RS232系统方案设计系统方案设计硬件平台设计MEMS陀螺仪公司公司ADIInvenSenseST型号型号ADIS16136MPU6050 L3GD20量程（量程（/s）45020002000零位漂移（零位漂移（/s）0.153015功耗（功耗（mW）6002018尺寸（尺寸（mm）646630440.9441价格（价格（RMB）40003015系统方案设计系统方案设计硬件平台设计MEMS加速度计公司公司ADIInvenSenseST型号型号ADIS16228MPU6050 LSM303DLHC量程（量程（g）181616噪声（噪声（ mg rms）12 1.20.2功耗（功耗（mW）120 10.11尺寸（尺寸（mm）374015 440.9351价格（价格（RMB）1200 3015系统方案设计系统方案设计硬件平台设计处理器：STM32F303VCT6特点：ARM Cortex-M4架构、72MHz主频、256KB Flash、48KB RAM、FPU单元、外设丰富系统方案设计系统方案设计系统硬件平台系统方案设计系统方案设计数据融合算法设计姿态表征方式A.欧拉角：用三次独立转动的三个角（横滚角、俯仰角、偏航角）确定坐标系相对角运动特点：简单、直观、存在奇异点B.四元数：用四元数（旋转四元数）相乘表示坐标系之间的角运动特点：抽象、单位化后存在误差C.旋转矩阵：在参考坐标系中，用九个方向余弦表示刚体坐标系特点：计算量大系统方案设计系统方案设计数据融合算法设计数据融合方法A.基于互补滤波系统方案设计系统方案设计数据融合算法设计数据融合方法B.基于梯度下降系统方案设计系统方案设计数据融合算法设计数据融合方法C.基于卡尔曼系统方案设计系统方案设计数据融合算法设计基于互补滤波基于梯度下降基于卡尔曼优点优点实现简单、运算量小运算量较小、实时性好精度较高、实时性好、自适应缺点缺点滤波器参数固定，无法适应多种环境、姿态角度漂移较大剧烈扰动会引起姿态角度的较大偏移运算过程中涉及大量矩阵运算，对处理器性能要求较高系统方案设计系统方案设计数据融合算法设计数据融合算法框图系统方案设计系统方案设计系统软件设计系统方案设计系统方案设计数据融合与姿态解算软件流程系统方案设计系统方案设计上位机程序设计系统方案设计系统方案设计上位机主界面课题研究背景及意义课题研究背景及意义系统方案设计系统方案设计系统测试系统测试总结与展望总结与展望系统测试系统测试系统静态测试测量噪声协方差矩阵R对静态角度的影响系统测试系统测试系统静态测试测量噪声量噪声协方差矩方差矩阵RRMS（）姿态漂移（姿态漂移（/h）ROLLPITCHYAWROLLPITCHYAW2.5631.4752.6955.6143.1836.1091.5910.7891.6513.7652.2023.8641.2500.6111.2993.0691.7543.1310.6840.3580.7241.7811.1371.8370.5260.2920.5651.4260.9351.4860.2910.1900.3280.8760.6631.0160.2290.1600.2640.7180.5550.8600.1410.1130.1730.4450.3920.564MTi-28A53G350.04750.0680.6420.2390.1791.239系统测试系统测试系统动态测试系统测试系统测试姿态精确度测试横横 滚滚角（角（）俯俯 仰仰角（角（）偏偏 航航角（角（）横横 滚滚角（角（）俯俯 仰仰角（角（）偏偏 航航角（角（）转台读数测量结果转台读数测量结果转台读数测量结果-85-83.7-85-84.6-170-168.8-80-78.9-80-79.7-160-158.7-75-73.8-75-74.7-150-149.2-70-68.7-70-69.7-140-138.2-65-63.7-65-64.6-130-129.2-60-58.8-60-59.4-120-119.3-55-53.8-55-54.4-110-108.0-50-48.9-50-49.4-100-99.1-45-43.8-45-44.5-90-89.3-40-38.9-40-39.5-80-78.4-35-33.9-35-34.4-70-68.2-30-29.1-30-29.7-60-58.5-25-24.0-25-24.8-50-48.8-20-19.1-20-19.6-40-39.3-15-14.3-15-14.6-30-28.0-10-9.6-10-9.8-20-19.3-5-4.7-5-4.8-10-9.800.100.10-0.654.954.9108.8109.61010.02019.91514.31514.93029.42019.02019.94039.32524.72524.75049.83029.13029.86058.43535.93534.67069.84039.44039.48079.74545.14544.49089.95049.55049.410099.65555.35554.6110108.16059.96059.6120118.66565.66564.4130128.37070.27069.4140139.77575.87574.5150149.48080.68079.5160159.48585.48584.5170168.7系统测试系统测试角度误差课题研究背景及意义课题研究背景及意义系统方案设计系统方案设计系统测试系统测试总结与展望总结与展望总结与展望总结与展望系统主要技术指标对准准时间1 min寻北精度北精度 2方位保持精度方位保持精度 2/h姿姿态对准精度准精度 1姿姿态保持精度保持精度 0.5/h相关成果EI收入会议论文1篇发明专利申请1份总结与展望总结与展望展望增加传感器自由度数据融合算法改进功能多样化谢谢