高精度航姿参考系统3DM-AHRS300A
3DM-AHRS300A航姿参考系统(适用VG/AHRS)
3DM-AHRS300A航姿参考系统是一款高性能、低价位的惯性测量设备，可以用于导航、控制和动态测量。此系列产品采用密封设计，在恶劣的环境下仍能精密地测量运动载体的姿态角度、角速度、加速度 。内部采用卡尔曼滤波进行多信息融合，并通过多项补偿保证测量精度。
图1 3DM-AHRS300A航姿参考系统外形
导航与控制、平台稳定与控制、通用航空与GPS 组合、船舶姿态的动态测量、采矿和自动耕作、火车和集装箱跟踪等，也适合院校、研究单位进行教学和科学研究使用。
1、高性价比、体积小；
2、高可靠性和稳定性；
3、动态环境下±180°姿态输出（横滚、俯仰），结合磁强计输出航向角；
4、高精度A/D转换，保证加速度计分辨率达到0.33 mg，陀螺分辨率达到0.007°/s；
5、全密封可靠设计，保证在恶劣环境下可以正常工作；
6、抗冲击、抗电磁干扰能力强；
7、可替代国内外同类产品。
表1 3DM-AHRS300A性能指标
性能指标
参 数
单位
输出数据格式
姿态角、角速率、加速度等
更新率
>100
Hz
启动时间
< 1
sec
姿
态
角
测量范围
±180
degree
静态精度
Roll，pitch <0.3
Yaw <1 (with compass or GPS)
degree
动态精度
< 1.5
degree
陀
螺
仪
测量范围
± 350
°/s
分辨率
0.007
°/s
零偏稳定性
0.007
°/s
随机游走
2.0
°/√hr
非线性（全温度）
0.1
%
加
速
度
计
测量范围
± 17
g
分辨率
0.3
mg
零偏稳定性
0.2
mg
随机游走
0.2
m/sec/√hr
非线性（全温度）
0.1
%
磁
强
计
测量范围
±3.5
gasss
分辨率
0.5
mgauss
零位偏差
±4
mgauss
输出噪声
1.25
mgauss
性能指标
参 数
单位
供电电压
8.0 ~12.0
V
引脚电压范围
-0.3 ~5.25
V
结温
+125
oC
表3 3DM-AHRS300A电气特性
电气特性
最小
典型
最大
单位
供电电压
8.0
12.0
V
供电电流
50
100
200
mA
功耗
1.2
W
表4 3DM-AHRS300A物理特性
物理特性
参 数
单 位
尺寸
72x72x45(长x宽x高)
mm
重量
140
gram
规定温度范围
+25
oC
工作温度范围
-40
+85
oC
存储温度范围
-50
+85
oC
表5 3DM-AHRS300A引脚定义
序 号
名 称
功 能
1
+VCC
供 电
2
RX
RS232-RXD
3
TX
RS232-TXD
4
GND
地
5
Shell
外壳
图2 3DM-AHRS300A结构尺寸
3DM-AHRS300A航姿参考系统系列接口采用标准RS232和RS485A串行接口，系统加电后，程序在处理器中运行，并通过串行接口连接通讯，启动时间小于1秒。接口参数设置如表6：
表6
波特率
115200
数据位数
8
校验位
无
停止位
1
3DM-AHRS300A航姿参考系统的通讯协议采用统一的报文包结构形式，有效传输数据长度为0-255字节，总长度为5-260字节。其结构形式如下：
PRE
BID
MID
LEN
DATA
CS
表7
字节段
字节数
描 述
PRE
1 字节
首字节，表示包起始（0xFA）
BID
1 字节
设备地址（默认：0x01）
MID
1 字节
报文种类（命令）
LEN
1 字节
数据长度
DATA
0 – 255 字节
数据
CS
1 字节
校验位
每个消息包都以该字节作为起始字节，是一个特定字节，本版本下首字节为0xFA。
每个微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/都有的设备地址定义，默认为0x01。
该字节段表示何种报文（命令），具体意义见7.3。
表示数据（DATA）的长度，取值为0-255。如果为0，表示无数据字节。
报文中包含的有效数据，数据大小由数据长度（LEN）限定。
该字节段为一个字节，是报文的校验字节。它是由除其本身外所有字节的异或（XOR）计算得出。
一般每个报文包含特定的MID值，以及和报文种类（命令）MID相对应的数据长度的数据。3DM-AHRS300A航姿参考系统数据输出方式包括：
w 完全数据输出方式（原始数据）；
w 完全数据输出方式（处理数据）；
w 姿态角输出方式；
w 四元数输出方式；
w 姿态角及四元数输出方式。
输入报文内容包括：
AHRS0 AHRS1, AHRS2, AHRS3, AHRS4 命令
AHRS0命令-完全数据输出方式1(VG)，连续输出MID=0x80，单步输出MID=0x81；
AHRS1命令-完全数据输出方式2(AHRS)，连续输出MID=0x82，单步输出MID=0x83；
AHRS2命令-姿态角输出方式，连续输出MID=0x84，单步输出MID=0x85；
AHRS3命令-四元数输出方式，连续输出MID=0x86，单步输出MID=0x87；
AHRS4命令-姿态角及四元数输出方式，连续输出MID=0x88，单步输出MID=0x89；
在收到输入报文后，微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/B将立即响应，并执行相应的命令，连续或单步输出相应报文信息。
输入报文示例：
AHRS1 命令 – 完全数据输出方式；
输出报文：
0xFA 0x01 0x82 0x00 0x79
输出报文：
0xFA 0x01 0x82 0x40 LL LH HL HH … … … … LL LH HL HH CS
\________（数据区 64字节）________/
输出的报文前三个字节和输入报文相同，表示设备连接正常。第4字节为数据长度0x40，表示数据区有64个字节的有效数据，末尾字节CS为前面所有字节的异或（XOR）。
如上面描述，用户可选择所需数据输出方式，输出报文格式如表8所示。
表8：输出报文格式
字节段
字节数
字节号
描 述
PRE
1字节
0
首字节，表示包起始（0xFA）
BID
1字节
1
设备地址（默认：0x01）
MID
1字节
2
报文种类（命令）
LEN
1字节
3
数据长度
Data1
4字节
4-7
数据Data1
DataN
4字节
4N
数据DataN
CS
1字节
4(N+1)
校验位
3DM-AHRS300A航姿参考系统实际数据输出报文如表9至表13所示。
表9：AHRS0命令-完全数据输出方式1(VG)，连续输出MID=0x80，单步输出MID=0x81
字节段
字节数
字节号
描 述
PRE
1字节
0
首字节，表示包起始（0xFA）
BID
1字节
1
设备地址（默认：0x01）
MID
1字节
2
0x80（或0x81）
LEN
1字节
3
0x40（64字节）
GyroX
4字节
4-7
X轴陀螺角速率原始数据 (rad/s)
GyroY
4字节
8-11
Y轴陀螺角速率原始数据 (rad/s)
GyroZ
4字节
12-15
Z轴陀螺角速率原始数据 (rad/s)
AccX
4字节
16-19
X轴加速度计原始数据 (mg)
AccY
4字节
20-23
Y轴加速度计原始数据 (mg)
AccZ
4字节
24-27
Z轴加速度计原始数据 (mg)
MagX
4字节
28-31
X轴磁强计原始数据 (mguass)
MagY
4字节
32-35
Y轴磁强计原始数据 (mguass)
MagZ
4字节
36-39
Z轴磁强计原始数据 (mguass)
Quat0
4字节
40-43
四元数1 W (scalar)
Quat1
4字节
44-47
四元数2 X
Quat2
4字节
48-51
四元数3 Y
Quat3
4字节
52-55
四元数4 Z
Roll
4字节
56-59
滚动角 (deg)
Pitch
4字节
60-63
俯仰角(deg)
Yaw
4字节
64-67
方位角(deg)
CS
1字节
68
校验位
表10：AHRS1命令-完全数据输出方式2（AHRS），连续输出MID=0x82，单步输出MID=0x83
字节段
字节数
字节号
描 述
PRE
1字节
0
首字节，表示包起始（0xFA）
BID
1字节
1
设备地址（默认：0x01）
MID
1字节
2
0x82（或0x83）
LEN
1字节
3
0x40（64字节）
GyroX
4字节
4-7
X轴陀螺角速率(rad/s)
GyroY
4字节
8-11
Y轴陀螺角速率(rad/s)
GyroZ
4字节
12-15
Z轴陀螺角速率(rad/s)
AccX
4字节
16-19
X轴加速度计(mg)
AccY
4字节
20-23
Y轴加速度计(mg)
AccZ
4字节
24-27
Z轴加速度计(mg)
MagX
4字节
28-31
X轴磁强计(mguass)
MagY
4字节
32-35
Y轴磁强计(mguass)
MagZ
4字节
36-39
Z轴磁强计(mguass)
Quat0
4字节
40-43
四元数1 W (scalar)
Quat1
4字节
44-47
四元数2 X
Quat2
4字节
48-51
四元数3 Y
Quat3
4字节
52-55
四元数4 Z
Roll
4字节
56-59
滚动角 (deg)
Pitch
4字节
60-63
俯仰角(deg)
Yaw
4字节
64-67
方位角(deg)
CS
1字节
68
校验位
表11：AHRS2命令 - 姿态角输出方式，连续输出MID=0x84，单步输出MID=0x85
字节段
字节数
字节号
描 述
PRE
1字节
0
首字节，表示包起始（0xFA）
BID
1字节
1
设备地址（默认：0x01）
MID
1字节
2
0x84（或0x85）
LEN
1字节
3
0x0C（12字节）
Roll
4字节
4-7
滚动角 (deg)
Pitch
4字节
8-11
俯仰角(deg)
Yaw
4字节
12-15
方位角(deg)
CS
1字节
16
校验位
表12：AHRS3命令 -四元数输出方式，连续输出MID=0x86，单步输出MID=0x87
字节段
字节数
字节号
描 述
PRE
1字节
0
首字节，表示包起始（0xFA）
BID
1字节
1
设备地址（默认：0x01）
MID
1字节
2
0x86（或0x87）
LEN
1字节
3
0x10（16字节）
Quat0
4字节
4-7
四元数1 W (scalar)
Quat1
4字节
8-11
四元数2 X
Quat2
4字节
12-15
四元数3 Y
Quat3
4字节
16-19
四元数4 Z
CS
1字节
20
校验位
表13：AHRS4命令-姿态角及四元数输出方式，连续输出MID=0x88，单步输出MID=0x89
字节段
字节数
字节号
描 述
PRE
1字节
0
首字节，表示包起始（0xFA）
BID
1字节
1
设备地址（默认：0x01）
MID
1字节
2
0x88（或0x89）
LEN
1字节
3
0x1C（28字节）
Quat0
4字节
4-7
四元数1 W (scalar)
Quat1
4字节
8-11
四元数2 X
Quat2
4字节
12-15
四元数3 Y
Quat3
4字节
16-19
四元数4 Z
Roll
4字节
20-23
滚动角 (deg)
Pitch
4字节
24-27
俯仰角(deg)
Yaw
4字节
28-31
方位角(deg)
CS
1字节
32
校验位
一、应用范围：
二、产品特点：
三、性能指标
表2 3DM-AHRS300A绝对最大额定值
四、接口引脚定义
五、结构尺寸
六、通讯协议
7.1 通讯接口及设置参数
7.2 通讯协议结构
首字节（起始字节）(PRE)
设备地址（BID）
报文种类（命令）（MID）
数据长度 (LEN)
数据(DATA)
校验位（CS）
7.3 通讯协议
7.3.1 输入报文格式
7.3.2 输出报文格式
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