1。2 国内外研究现状 1

1。3 本文的主要任务 2

2 姿态检测系统的原理介绍 3

2。1 载体姿态表示 3

2。2 姿态解算 9

2。3 四元数更新算法 13

2。4 常用传感器的检测原理 15

3 姿态检测系统硬件设计 17

3。1 系统硬件设计方案 18

3。2 主要器件选型 18

3。3 通信接口 22

4 姿态检测系统软件设计 23

4。1 软件设计流程 23

4。2 传感器数据预处理 24

4。3 姿态解算 25

4。4 姿态解算常用滤波器介绍 26

5 姿态检测系统测试及分析 30

5。1 上位机数据传输测试 30

5。2 六轴信息显示 30

5。3 单一传感器姿态解算 32

5。4 基于互补滤波的四元数姿态解算 33

5。5 基于欧拉角姿态解算 34

5。6 姿态解算测量范围及精度 37

结论 40

致谢 41

参考文献 42

1 绪论

1。1 项目背景

    液晶面板的姿态是液晶面板生产过程中需要控制的重要参数。本次课题是研究从液晶面板推广到一般载体的姿态检测问题。不仅在液晶行业，载体姿态检测也是航天、航海和陆地甚至日常生活中的姿态检测系统的重要组成部分。常见的载体姿态检测系统主要包括机械式姿态检测系统，光学姿态检测系统以及航空航天系统中用到的各类敏感测量器件[1][2][3]。传统的姿态检测系统能够精准地确定静态或低动态载体的姿态，但对高动态载体姿态的测量效果不佳。针对高动态载体的检测系统，既要体积小、成本低、精度高、重量轻、稳定性良好，还要具备较好的抗干扰能力。于是，基于微机械电子系统(MEMS)的姿态检测系统应运而生，并得到国内外相关领域的广泛关注。

    MEMS是微电子技术与精密机械技术相结合的新技术领域。它的发展促进了微机械惯性传感器的开发和应用。与传统惯性仪器相比，微惯性传感器不仅体积小、重量轻、成本低，而且更易于实现数字化和智能化。以微惯性传感器为测量元件的嵌入式系统，不仅能够实时准确地测量载体姿态，而且体积小巧，稳定可靠。

1。2 国内外研究现状

1。3 本文的主要任务

加速度计和陀螺仪是测量载体姿态常用的两种传感器。当载体处于静止或匀速运动状态时，载体仅受重力作用，利用加速度计测量重力加速度在载体坐标系各轴上的分量，再通过反三角函数运算就可以得到载体的姿态角；载体运动时会产生绕载体坐标系三轴旋转的角速度，利用陀螺仪测量相关数据再对时间积分也能计算出载体的姿态角。但实际上，载体并非一直处于静止或者匀速运动状态且长期角速度积分会产生累计误差，因此仅依靠加速度计或陀螺仪计算出的载体姿态角都有误差。