基于卡尔曼滤波器的航姿系统测姿算法研究.pdf

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1、第24卷第12期传感技术学报Vo1．24NO．122011年12月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSDec．201lAttitudeAlgorithmDesignofAHRSBasedonKalmanFilterYUANYanhua，LISihai，NANJiang(CollegeofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710129，China)Abstract：AHRSdoes’tcalculatepositionandspeedinformatio

2、nofagyrocommonlyatthesametime．ThedriftofAHRS’Sgyrosisratherbig．Whencarriermaneuversforalongtime，theproblemthatattitudeperformancedescendsandevenexhaleswillappear．Commonnavigationalgorithmsarenolongerapplicable．KalmanstateVectorcontainssensingcomponentsoftheearthgravityinthebodyfr

3、amegandgyros’Sdrift，atthesametime．Byusingtheaccel-erometerinformationtocarryoutthemeasureofupdatingprocess．Simulationresuhsshowthatattitudeaccuracyofthealgorithmcansatisfytheapplicationdemandinmobileandstaticstatusofthecarrier．Keywords：AHRS；attitudeextermination；Kalmanfilter；flig

4、htstatus；judgerulesEEACC：6330doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2011．12．012基于卡尔曼滤波器的航姿系统测姿算法研究木苑艳华，李四海，南江(西北工业大学自动化学院，西安710129)摘要：航姿系统通常没有载体位置信息和速度信息的解算，且陀螺漂移较大，存在着载体持续机动时姿态精度不高．甚至消失的问题，因此通常的导航算法已不再适用。设计了一种基于卡尔曼滤波技术的姿态算法，用重力加速度在机体系的分量g和陀螺漂移作为待估计的状态量，进行卡尔曼滤波的时间更新过程，利用加速度计的输出在一定条件下作为观测量，

5、进行卡尔曼滤波的量测更新过程。仿真结果表明：此算法考虑了陀螺漂移，利用自身信息对机动状态进行了准确的判别，提高了航姿系统的姿态精度，且明显提高了长期机动时的动态精度关键词：AHRS；姿态解算；卡尔曼滤波；飞行状态：判别准则中图分类号：U666．1文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)12—1718—05捷联航姿系统是一种自主式低成本的航向姿态为待估计的状态量．在滤波周期内，利用基于角运动测量系统，此外还可以提供载体的角速率和加速度信息的状态方程进行卡尔曼滤波的时间更新过程，信息，有着广泛的应用前景。但由于低精度航姿系同时运用系统自身信息对

6、载体飞行状态进行判别，统陀螺精度较低，漂移较大，载体长时间机动时不能在非机动时利用基于比力信息的量测方程进行卡尔保证要求的姿态精度。采用低精度的捷联航姿系统曼滤波的量测更新过程，去修正由低精度的陀螺漂与GPS卫星定位系统实现组合，是解决长时间飞行移造成的姿态误差．仿真结果表明：此算法可长时间过程中姿态测量问题的良好途径l1J．但是从军事应输出较高精度的姿态信息。用的角度考虑，GPS信号并不可靠，因此必须解决辅1捷联航姿系统工作原理助导航系统不可用或大部分不可用时．如何利用捷联航姿系统本身的信息来提高精度．以满足长时间捷联航姿系统由低精度光纤陀螺或MEMS

7、陀飞行对航姿系统的姿态要求。目前这方面的研究较螺、加速度计、磁传感器和信息处理电路组成]。少【2]，由于航姿系统通常没有当地经纬度等初始陀螺敏感载体运动角速度，对于航姿系统中陀螺的位置信息的输入且没有位置信息和速度信息的解输出．计算时无法区分载体的角速率、地球表观角速算．通常采用的导航算法已不再适用l6]。率和地球的自转角速率，在每个采样周期内采集陀本文设计了一种基于卡尔曼滤波技术的姿态算螺的输出。经信号预处理后，根据四元素微分方法．用重力加速度在机体系的分量g和陀螺漂移作程来更新姿态角。但由于陀螺漂移较大，姿态精项目来源：国家自然科学青年基金(6020

8、4005)收稿日期：2011—07—28修改日期：2011—09一O4第12期苑