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磁阻式电子罗盘的应用开发及性能评价

作　者: 陈丽芬
导　师: 常晓明
学　校: 太原理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 电子罗盘磁阻传感器加速度传感器 LabVIEW
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 190次
引　用: 4次
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内容摘要

三维电子罗盘是一种利用地球磁场和重力加速度来测量方向的重要导航工具,能实时提供机动目标的航向和姿态,具有体积小、结构简单、功耗小、成本低等优点,广泛应用在航空、航海、车载定位、地质勘探、深海探测等领域,尤其高精度的磁阻式电子罗盘对提高导航定位技术,促进航空、航天以及国防事业的发展具有重要的现实意义。本文以地球产生磁场以及地磁导航原理为切入点,以三维电子罗盘为研究对象,主要介绍了以下研究工作：一方面,在概述地磁导航原理的基础之上,研究了三维电子罗盘的内部结构,剖析了其工作原理。首先,确定了由姿态角测量、航向测量以及数据处理三大模块组成的三维电子罗盘结构。然后,分析了用于航向测量的磁阻传感器,着重研究了AMR各向异性磁阻传感器的工作、测量原理。接着,介绍了用于姿态测量的加速度传感器,剖析了重力加速度传感器的内部结构,研究了其检测原理。最后,建立了三维电子罗盘的测量模型,并验证了模型的正确性。另一方面,主要对三维电子罗盘应用系统的各模块的设计思路和实现方法进行说明。航向测量模块前端选用霍尼韦尔(HoneyWell)公司的各向异性磁阻传感器HMC1043,该传感器可以测量空间一点3个正交方向的磁场分量。姿态测量模块前端选用ADI公司推出的一种高精度、低功耗iMEMS型双轴加速度传感器ADXL203,传感器敏感轴通过感知重力加速度g的变化,辅以算法,得到罗盘的当前姿态信息。随着罗盘方向、姿态的改变,磁阻传感器敏感轴的地磁场测量值发生变化,通过姿态角测量模块的补偿,最终得到罗盘水平状态对应的方向指示。最后,基于嵌入式微处理器,对各功能模块进行了软硬件集成设计,完善了系统功能,并对完善后的系统进行了综合测试,结果表明,该应用系统可以实现物体航向及姿态的测量,依照国家相关标准的要求评估其测量准确度等性能指标。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-16
第一章绪论  16-24
  1.1 研究的相关背景、目的及意义  16-21
    1.1.1 罗盘发展史  16-17
    1.1.2 定向导航  17-18
    1.1.3 国内外的研究现状  18-20
    1.1.4 课题研究的目的  20-21
  1.2 本论文的构成摘要  21
  1.3 小结  21
  参考文献  21-24
第二章磁阻电子罗盘原理概述  24-54
  2.1 电子罗盘原理概述  24-28
    2.1.1 地理基本概念  24-25
    2.1.2 地磁基本概念  25-27
    2.1.3 罗盘结构  27-28
  2.2 用于航向测量的磁阻传感器  28-33
    2.2.1 磁阻效应及元件  28-29
    2.2.2 AMR传感器  29-32
    2.2.3 产品磁阻传感器  32-33
  2.3 用于姿态测量的加速度传感器  33-39
    2.3.1 加速度检测原理  33-36
    2.3.2 重力加速度传感器  36-38
    2.3.3 传感器技术指标  38-39
  2.4 三维电子罗盘测量模型的建立  39-50
    2.4.1 坐标系定义  39-41
    2.4.2 算法模型  41-45
    2.4.3 方位判断  45-46
    2.4.4 补偿算法验证  46-50
  2.5 小结  50-51
  参考文献  51-54
第三章磁阻式电子罗盘系统各功能模块的设计与实现  54-88
  3.1 三维磁阻电子罗盘应用系统的总体构成  54
  3.2 姿态角测量模块的设计与实现  54-68
    3.2.1 加速度传感器ADXL203与MMA7260简介  54-57
    3.2.2 ADXL203与MMA7260的信号调理电路  57
    3.2.3 ADXL203与MMA7360静态误差检测系统的设计与实现  57-63
    3.2.4 ADXL203基准值标定  63-68
  3.3 航向角测量模块的设计与实现  68-85
    3.3.1 HMC1043磁阻传感器简介  68-70
    3.3.2 标准磁场产生装置  70-74
    3.3.3 HMC1043信号调理电路  74-76
    3.3.4 HMC1043静态特性测试  76-79
    3.3.5 HMC1043性能测试平台  79-81
    3.3.6 转台精度检测系统的设计与实现  81-82
    3.3.7 转台精度分析  82-84
    3.3.8 转台磁场分布  84-85
  3.4 小结  85-86
  参考文献  86-88
第四章磁阻电子罗盘应用系统的集成  88-108
  4.1 系统硬件集成设计  88-89
  4.2 系统软件集成设计  89-94
  4.3 ADXL203性能测试  94-100
    4.3.1 姿态检测平台  94-95
    4.3.2 姿态检测系统的设计与实现  95-97
    4.3.3 姿态检测系统精度分析  97-98
    4.3.4 基于LabVIEW的姿态角测试软件  98-100
  4.4 HMC1043性能测试  100-104
  4.5 综合测试  104-106
  4.6 小结  106
  参考文献  106-108
第五章结论  108-110
  5.1 本文的主要工作  108-109
  5.2 研究中存在的不足  109-110
致谢  110-112
攻读学位期间发表的学术论文目录  112-114
攻读学位期间参与的项目及其它成果  114

磁阻式电子罗盘的应用开发及性能评价

内容摘要

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