3DM-S10X技术手册

微型航姿参考系统MAHRS 3DM-S10A/B

技术手册

Version 1.02a

2011年9月10日

1. 简介

微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B是一款微型的全姿态测量传感装置，它由三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计、三轴磁阻型磁强计等三种类型的传感器构成。三轴陀螺用于测量载体三个方向的的绝对角速率，三轴加速度计用于测量载体三个方向的加速度，在系统工作中，主要作用是感知系统的水平方向的倾斜，并用于修正陀螺在俯仰和滚动方向的漂移，三轴磁阻型磁强计测量三维地磁强度，用于提供方向角的初始对准以及修正航向角漂移。微型航姿参考系统3DM-S10A/B可提供的输出数据有：原始数据、四元数、姿态数据等（产品外形如图1所示）。

图1 微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B外形（左 A型、右 B型）

2. 特性

实时三轴惯性输出；

大于100Hz的内部更新率；

尺寸小、重量轻；

低功耗；

RS-485A串行接口，方便连接。

3. 应用领域

车载控制系统；

航空航天电子系统；

虚拟现实系统；

平台稳定系统；

机器人控制等。

4. 工作原理及软硬件框图

微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B采用陀螺来测量载体的绝对角速率，然后载体的姿态角（航向角、俯仰角和滚动角）就可以通过陀螺输出数据的特定的解算方法来获得。加速度计用于确定3DM-S10A/B初始的姿态，并修正并确定陀螺在水平方向（俯仰角和滚动角）的漂移。三轴磁阻

型磁强计用于提供方位角的初始对准以及修正陀螺的航向角漂移。微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B内部的嵌入式处理器中设计有传感器融合算法，重力测量值（通过加速度计）和磁北向测量值（通过磁力计）有机融合并对漂移进行补偿，避免了因为角速率数据的积分运算带来的误差的无限累积。而微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B比无陀螺的电子罗盘具有很大的优势，在动态情况下它能够精确解算航姿，而一般的电子罗盘只能在静态条件下运用，在动态情况下无法得到精确的航姿信息。微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B可以可靠提供全姿态信息和原始数据，数据更新率可达到100Hz以上。

图2 微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B硬件框图

图3 微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B软件框图

5. 规格

表1 3DM-S10A/B 绝对最大额定值

性能指标 参 数 单位 供电电压 (Vss-Vdd) -0.3 … +9 V 引脚电压范围 -7 … +12 V 结温 +125 ºC

表2 3DM-S10A/B 性能指标

性能指标 参 数 单位 输出数据格式 原始数据、姿态角、四元数

内部更新率 100 Hz 启动时间 < 1 sec 静态角度误差（俯仰、滚动） ± 0.1 degree 静态角度误差（航向） ± 0.5 degree 动态角度误差（航向） ± 2 degree 航向角分辨率 <0.1 degree 加速度计测量范围 ± 2, ± 4, ± 8, g 加速度计零偏稳定性 ± 0.003 (± 2g) g 加速度计非线性 0.2 % - 速率陀螺测量范围 ± 300, ± 500 , ± 2000 °/sec 速率陀螺零偏稳定性 ± 0.2 ( 在 ± 300°/秒时) °/sec 速率陀螺非线性 0.2 % - 磁力计测量范围 ±1.3 Gauss 磁力计非线性 0.4 % - 磁力计零偏稳定性 0.01 Gauss 短时冲击 500 (Not reinforced) g

表3 3DM-S10A/B电气特性

电气特性 最小 典型 最大 单位供电电压 4.5 5.0 9.0 V 供电电流 40 60 80 mA 功耗 <300 mW

表4 3DM-S10A/B物理特性

物理特性 参 数 单位 尺寸 28x34x19(长x宽x高) mm 重量 18 gram 规定温度范围 +25 ºC 工作温度范围 -25 +70 ºC 存储温度范围 -25 +80 ºC

表5 3DM-S10A/B 引脚定义

序号 名称 功能

1 +5V 供电

2 B

B-RS485

3 A A-RS485

4 GND 地 A B

从陀螺仪、加速度计、磁力计以及内部温度传感器得到的数据，全部被传输到嵌入式系统-数字信号处理器（DSP）中。数字信号处理器（DSP）依据特定的算法以及存储在Flash存储器中的标定数据处理来自传感器的原始数据，作为其基本算法，微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B采用自适应卡尔曼滤波算法，该算法能够自动调整并适应不断变化的动态条件，而无需外部人为的干预。

每一个微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B产品均在特定的环境实验条件下，并参考已知温度下的加速度、角速率和磁场进行全面的标定，并将标定数据输入每个产品中。用户可以通过RS-485A收发接口接收航姿信息及原始数据，同时也可以通过命令方式进行交互操作（详见微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B通信协议）。微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B 的供电电源标准值为DC+5.0V，数据线和电源线整合在一个接插装置中，方便使用，各引脚定义参见表3。

6. 机械数据

微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B尺寸如图4所示。

图4 微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B尺寸