多维MEMS惯性传感器的姿态解算算法研究硕士论文.pdf

分类号: 密级:
U D C : 编号:
工学硕士学位论文
多维 MEMS 惯性传感器的姿态解算
算法研究
硕士研究生:刘星
指导教师:王科俊教授
学科、专业:检测技术与自动化装置
论文主审人:冯伟兴教授
哈尔滨工程大学
2013 年 3 月
分类号:___________ 密级:___________
U D C:___________ 编号:___________
工学硕士学位论文
多维 MEMS 惯性传感器的姿态解算
算法研究
硕士研究生:刘星
指导教师:王科俊教授
学位级别:工学硕士
学科、专业:检测技术与自动化装置
所在单位:自动化学院
论文提交日期:2013 年 3 月
论文答辩日期:2013 年 3 月
学位授予单位:哈尔滨工程大学
Classified Index:
:
A Dissertation for the Degree of M. Eng
The attitude test algorithm based on MEMS
multidimensional inertial sensors
Candidate: Liu Xing
Supervisor: Prof. Wang Kejun
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Detection Technology and Automatic
Equipment
Date of Submission: March, 2013
Date of Oral Examination: March, 2013
University: Harbin Engineering University
哈尔滨工程大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成
的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除
文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品
成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本
人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者(签字):
日期: 年月日
哈尔滨工程大学
学位论文授权使用声明
本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校攻读学位期间论文
工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门
或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入
有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文,
可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论
文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声
明。
本论文(□在授予学位后即可□在授予学位 12 个月后□解密后)由哈尔滨工
程大学送交有关部门进行保存、汇编等。
作者(签字): 导师(签字):
日期: 年月日年月日
多维 MEMS 惯性传感器的姿态解算算法研究
摘要
姿态是目标运动体在某一特定的坐标系下的空间位置信息的表示,一般用欧拉角来
表示。姿态不能够通过直接的测量获得,需要利用目标物体的各种运动信息进行数据融
合获得,因此,精确的跟踪或估计出目标运动的姿态在很多的领域都有广泛的应用。随
着 MEMS(微机电系统)技术的不断发展,MEMS 器件的性能和精度不断地提高,其
特有的体积小、重量轻、价格低等优势越发的在惯性姿态跟踪系统中得到研究人员的重
视,尤其是在基于惯性传感器的人体姿态跟踪研究中。利用 MEMS 陀螺和加速度计组
成的 IMU(惯性测量单元)系统在对人体进行姿态跟踪过程中往往很难保持准确的航
向角输出,因此越来越多的研究倾向于利用惯性\磁传感器的组合系统进行姿态估计。
首先,本文综述了基于惯性技术的人体姿态解算的研究现状,并对利用惯性传感器
进行姿态解算研究中用到的一些基本理论进行了简单介绍,详细介绍了几种常用到的姿
态解算算法并根据各种特点作了详细的分析和比较。其次,对 MEMS 惯性传感器和磁
阻传感器的工作原理进行了简单介绍,对各传感器输出信号在姿态解算过程中的作用进
行了描述,根据各传感器输出信号的特性选择合适的误差模型,再根据各传感器的误差
模型进行标定补偿实验,确定稳定的传感器误差系数,对补偿前后传感器输出信号进行
比较。而后,分别描述了互补滤波器和卡尔曼滤波器的工作原理,对人体姿态解算研究
中利