基于磁强计、加速度计和陀螺原理的姿态测试算法研究

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1、分类号：V488单位代码：10110学号：s20080471中北大学硕士学位论文基于磁强计、加速度计和陀螺原理的姿态测试算法研究硕士研究生宋静指导教师裴东兴副教授曹咏弘副教授学科专业通信与信息系统2011年5月25日图书分类号____V488_____________________________密级非密注1UDC620硕士学位论文基于磁强计、加速度计和陀螺原理的姿态测试算法研究宋静指导教师（姓名、职称）______裴东兴副教授_____曹咏弘副教授申请学位级别__________________工学硕士__________专业名称_________通信与信息系统__

2、___________论文提交日期2011年5月25日论文答辩日期2011年5月28日学位授予日期年月日论文评阅人______________________________________答辩委员会主席__________________________________2011年5月25日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日

3、期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文基于磁强计、加速度计和陀螺原理的姿态测试算法研究摘要惯性导航系统是把惯性元件安装在飞行体上，自主地完成导航任务。姿态角解算的算法设计在惯性导航整个系统起到最关键的控制作用，

4、也是在很大程度上影响着惯性导航系统的测量精度，因此通过合理的选择测量元件和适当的姿态解算算法设计来达到提高系统精度的目的是研究的重点。由于微机械陀螺具有体积小、成本低、易于批量生产等优点，通常采用陀螺传感器进行测量。但是陀螺漂移会在短时间内引起较大的姿态误差，所以增加加速度和磁强计进行组合设计，抑制系统输出误差。本文首先研究了惯性导航的研究现状，并对捷联惯导系统的基本理论做了简要介绍，详细分析了姿态解算的几种算法并比较各种方法的优缺点。然后研究了在圆锥运动环境下，用旋转矢量法来补偿捷联式惯导系统姿态更新时系统的圆锥误差。接着，简单介绍了卡尔曼滤波理论的基本原理并分析了卡

5、尔曼滤波的特点。对于惯性测量器件和磁强计输出信号存在着误差的问题，确定误差模型并通过使用卡尔曼滤波器以提高输出信号的精度。其次对于陀螺解算姿态角存在着随时间累积误差的情况，通过使用加速度计和磁强计测量得到的一组信息并利用卡尔曼滤波进行其与陀螺测量的信息融合来估计组合导航系统的姿态，从而实现提高组合导航系统精度。通过数学仿真验证了算法理论上的可行性和精确度。根据加速度计的输出，判断载体的状态。如果载体是静止或者没有线加速度，则使用此滤波器计算姿态，否则直接使用陀螺输出数据计算姿态，而不使用此滤波器。最后对测试系统捕获到的数据进行了分析，结合相应算法进行姿态解算，效果较为理

6、想。关键词：加速度计，陀螺，姿态解算，等效旋转矢量法，卡尔曼滤波中北大学学位论文Theattitudetestalgorithmbasedmagnetometers、accelerometersandgyrosABSTRACTInertialnavigationsystemistoinstalltheinertialcomponentsonthebodyinflighttocompletethenavigationtaskindependently.Attitudeofthealgorithmsolvingthewholesystemintheinertialnavig

7、ationcontrolsofthemostcriticalroletoplay,butalsotoalargeextentaffecttheaccuracyinertialnavigationsystem,sothechoiceofmeasurementdevicesthroughtherationalandproperattitudesolutionalgorithmtoachievetheaimofimprovingthesystemaccuracyfocusesofthestudy.Asthegyroscopeissmall,lo