基于STM32的姿态解算研究(下位机)文献综述

 2021-09-25 01:24:29

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文 献 综 述一、四元数姿态解算简介四元数是由爱尔兰数学家威廉卢云哈密顿在1843年发现的数学概念。

它是一种超复数,由实数加上三个元素i、j、k组成,它们具有如下性质:i^2 = j^2 = k^2 = -1;ij=k、ji=-k、jk=i、kj=-i、ki=j、ik=-j;四元数一般可表示为a bi cj dk,其中a、b、c、d是实数。

如把四元数的集合考虑成多维实数空间的话,它代表着一个四维空间,相对于复数为二维空间。

姿态解算的关键在于旋转,一般旋转有四种表示方式:矩阵表示、欧拉角表示、轴角表示、四元数表示。

矩阵表示适合用于需要在坐标之间转换位置,欧拉角最直观,轴角适合几何推导,四元数表示用于组合旋转。

欧拉角表示旋转: 四元数表示旋转:使用四元数表示的优点:1. 与欧拉角之类的表示相比表达式无奇点;2. 比矩阵表示旋转更简练更快速;3. 四元数不仅可以确定姿态还可以确定位置。

姿态角与四元数的转换公式: Ψ,θ,φ分别是绕Z轴,Y轴,X轴的旋转角度。

二、STM32开发板简介及选择STM32系列是专为要求低成本、高性能、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核,主要有三个系列。

STM32F101基本型系列,时钟频率36MHZ;STM32F103增强型系列,时钟频率工作在72MHZ,更多的SARM容量和丰富的外设接口;STM32F105、STM32F107互连型系列,能够提供微控制器25MHZ的晶振,简化了硬件设计。

相比STM32F101基本型,STM32F103增强型内置高速存储器,具有更大容量的闪存程序存储器和静态随机存储器,更加庞大的外设不仅能实现高端的运算,而且还能提供优秀的控制和连接能力。

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