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《长沙理工大学》 2015年
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基于MEMS传感器的姿态解算的FPGA实现

廖文平  
【摘要】:目前的姿态测量系统中的姿态解算大部分基本上是使用单片机、ARM、DSP、或者FPGA里的软核处理器及硬核处理器等来实现,在处理的速度上受到一定的限制,一些处理过程不能同时进行,影响到姿态解算的速度。本文主要对姿态解算的全数字逻辑实现方式进行了研究,提出了一种利用FPGA来进行姿态解算的实现方案,希望可以提高姿态解算的处理速度及数据的可靠性。本设计利用FPGA的硬件结构,实现并行和流水线等结构;根据FPGA的数字逻辑特性,选择了比较合适的姿态解算实现方式。主要包括:传感器数据采集电路部分、信息融合部分、姿态解算部分、上位机通信等部分。通过对比互补滤波和卡尔曼滤波两种数据融合方法的优缺点,并根据FPGA的数字逻辑的特点选择了互补滤波的滤波方法;采用流水线的结构来实现CORDIC算法,提高了计算速度;确定了使用四元数来实现姿态解算,提高了解算的准确性和开发效率;结合互补滤波算法和四元数法对传感器数据进行了处理并实现FPGA与上位机通信。通过逻辑分析仪和串口调试助手等工具对设计的正确性进行了验证、测试,结果表明本设计能基本完成姿态解算的目标,有一定的理论和实践价值。
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN791;TH-39;TP212

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