一种基于MEMS传感器的无人飞艇航姿测量系统.pdf

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1、58传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第3期一种基于MEMS传感器的无人飞艇航姿测量系统胡少兴，刘东昌，张爱武，朱煜坤(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191；2．首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室。北京100037)摘要：提出了一种基于微机电系统(MEMS)惯性传感器的航姿测量系统。分析了一些传统姿态解算算法融合过程中的不足，提出一种高效的融合算法，利用梯度法将加速度计和磁力计对地球重力场和磁场矢量的观测量去修正陀螺给出的姿态信息。针对实际测量系

2、统中振动对姿态的干扰问题，提出切比雪夫II型低通数字滤波器进行传感器数据预处理，并结合运动状态修正融合算法从而进一步抑制振动。通过实验表明：该系统的算法具有较低的计算负荷，能有效地估计出姿态，抑制振动有害加速度对姿态估计的影响，测量动态误差小于2。，静态误差小于0．8。。关键词：MEMS惯性传感器；姿态测量；切比雪夫滤波器；梯度法；飞艇中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)03-0058-04Anunmannedairshipattitudemeasurementsystembased0nMEMSsensorsHU

3、Shao—xing，LIUDong—chang，ZHANGAi—WH。，ZHUYukun(1．SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeihangUniversity，Beijing100191，China；2．KeyLaboratoryof3DInformationAcquisitionandApplication，MinistryofEducation，CapfialNormalUniversity，Beijing100037，China)Abstract：Anattitudemeasurements

4、ystembasedonmicro-electro—mechanicalsystems(MEMS)inertialsensorsispresented．Analyzeshortageoftraditionalattituderesolvingalgorithmsinfusionprocess，aneficientfusionalgorithmispresented，useobservedquantityofaccelerometerandmagnetometerongravityfieldandmagneticfieldvectoroftheearth

5、toreviseattitudeinformationgivenbygyroscope．Aimingatinterferenceproblemofvibrationonattitude，theChebyshevIIlow—passdigitalfiherareusedinsensorsdatapreprocessing，andrevicefusionalgorithm，combiningmotionstatetorestrainvibration．Experimentsshowthatthealgorithmofsystemhaslowcomputat

6、ionalload，caneffectivelyestimateattitudeandcansuppresstheinfluenceofharmfulaccelerationofvibrationOilattitudeestimation，anddynamicerrorofmeasurementislessthan2。，andstaticelTorislessthan0．8。．Keywords：MEMSinertialsensor；attitudemeasurement；Chebyshevfilter；gradientmethod；airship0引言

7、时线性化可能引起大的误差甚至造成滤波器的不稳定，并姿态信息是自动飞行控制系统最重要最基本的反馈信且EKF设计困难；比较常用的还有互补滤波法，结合传号。在无人飞艇上，由于任务载荷有限，高精度的大型测感器频域的特点分辨和消除噪声，不需考虑信号的统计特量设备将不能使用。微机电系统(micro—electro—mechanical性，但是文献中的方法是基于几何关系直接计算倾角，没有system，MEMS)惯性传感器由于其质量、体积和功耗等方面优化处理，容易造成姿态误差J。的优势得到了广泛的应用。针对现有算法存在的不足，本文提出了一种高效的姿针对多MEMS传感器

8、姿态融合，国内外提出了许多先态融合算法，充分利用重力场和地磁场特性，每次融合迭代进的方法，如扩