基于MEMS組合模塊的姿態(tài)檢測系統設計

這是加速度計在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)時(shí)的原始信號輸出對比，可見(jiàn)加速度計的動(dòng)態(tài)輸出由于存在高頻干擾，致使輸出數據完全不能準確地反映真實(shí)的姿態(tài)值。被測平臺發(fā)生傾斜時(shí)采集的加速度計和陀螺儀的原始信號值如圖6所示?？梢钥闯?，在1．6 s之前被測平臺沒(méi)有受到震動(dòng)干擾，此時(shí)加速度計的輸出信號振幅較小。在1．6 s之后，被測平臺受到震動(dòng)干擾，加速度計的輸出信號受到嚴重干擾，而陀螺儀的輸出信號幾乎不受震動(dòng)干擾。

數據融合結果如圖7所示。其中，加速度計曲線(xiàn)是通過(guò)對加速度計原始信號計算得到的角度值，可見(jiàn)依然波動(dòng)較大。陀螺儀曲線(xiàn)是通過(guò)對陀螺儀的輸出角速度值進(jìn)行積分運算所得的角度值。數據融合曲線(xiàn)是通過(guò)文中構造的數據融合模型進(jìn)行解算得到的角度值。

由圖7可以看出，由單一的加速度計得出的角度值波動(dòng)很大，不能準確反映真實(shí)值。由單一的陀螺儀經(jīng)過(guò)積分運算得到的角度值雖然沒(méi)有波動(dòng)，但隨著(zhù)時(shí)間的增大，產(chǎn)生的積分累積效應將非常嚴重。從0 s到10 s，陀螺儀產(chǎn)生的積分累積偏差接近了50°，并以平均5°／s的速度加速擴大。這也是不能單獨使用陀螺儀進(jìn)行平臺姿態(tài)檢測的原因。而經(jīng)過(guò)數據融合處理后得到的角度值，既克服了加速度計動(dòng)態(tài)性能差的缺點(diǎn)，又很好地補償了陀螺儀的積分飄移。

3 系統實(shí)現
3．1 硬件設計
在電路板設計之初，需要根據加速度計、陀螺儀的敏感軸方向確定傳感器的安裝位置和角度。陀螺儀和加速度計應安裝在較近的位置，盡量減少兩傳感器的外部環(huán)境差異，這有利于減少后期數據處理的誤差。在平臺剛性接觸面是否采取防震處理，如加入防震墊片等措施，這對于傳感器的輸出有很大影響，尤其是對加速度計的影響尤為突出。