中文引用格式： 趙雨婷，邢計元，張東鑰，等. 基于DSP的實時姿態(tài)感知系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(11)：76-82.
英文引用格式： Zhao Yuting，Xing Jiyuan，Zhang Dongyao，et al. Design of real-time attitude sensing system based on DSP[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(11)：76-82.
引言
在自主移動機器人、無人機及智能運載工具領(lǐng)域，精準(zhǔn)的姿態(tài)感知是實現(xiàn)穩(wěn)定導(dǎo)航與控制的核心前提。然而，傳統(tǒng)姿態(tài)測量系統(tǒng)面臨顯著技術(shù)挑戰(zhàn)：一方面，低成本MEMS陀螺儀雖具備高動態(tài)響應(yīng)特性，但其輸出易受溫度漂移和積分誤差影響，導(dǎo)致長期穩(wěn)定性不足；另一方面，單一加速度計無法有效區(qū)分重力加速度與載體運動加速度，在復(fù)雜運動場景下誤差顯著；此外，磁通門傳感器雖能提供絕對航向信息，但易受電機、電源線等電磁干擾，導(dǎo)致航向角漂移。針對上述問題，本研究提出一種硬件-算法協(xié)同優(yōu)化的解決方案。硬件層面以TMS320F28375S型DSP為核心，集成浮點運算單元（FPU）與三角函數(shù)加速單元（TMU），配合雙通道24位Δ-Σ ADC（ADS131M04）實現(xiàn)磁通門與加速度計信號的同步高精度采樣；算法層面設(shè)計改進型擴展卡爾曼濾波（EKF）融合六軸慣性數(shù)據(jù)，引入基于橢球擬合的硬磁干擾在線補償機制，并通過直接內(nèi)存訪問（DMA）優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率[1-3]。
現(xiàn)有姿態(tài)感知系統(tǒng)多采用單一傳感器或簡單融合算法，難以滿足復(fù)雜環(huán)境下的高精度需求。例如，基于四元數(shù)的互補濾波算法雖計算量小，但動態(tài)響應(yīng)不足；傳統(tǒng)卡爾曼濾波對非線性系統(tǒng)建模能力有限。近年來，研究者開始探索多傳感器融合方案，如Mahony濾波器和Madgwick算法通過梯度下降法優(yōu)化姿態(tài)估計，但依賴手動調(diào)參且抗磁干擾能力弱；部分研究采用FPGA并行計算姿態(tài)解算，但功耗與成本較高；部分研究提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地磁補償算法，但實時性不足[4-6]。本研究通過結(jié)合高性能DSP的硬件特性與自適應(yīng)濾波算法，在精度、實時性與功耗之間取得平衡。
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作者信息：
趙雨婷，邢計元，張東鑰，任暢
（中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所，北京 100083）
