基于四元数二阶互补滤波的四旋翼姿态解算

姿态解算是四旋翼飞行器的关键技术,其精度直接影响飞行器控制的可靠性和稳定性。针对当前常用一阶互补滤波算法中阻带衰减速率慢和陀螺仪常值漂移产生的稳态误差问题,通过增加积分环节,设计了一种基于四元数的二阶互补滤波算法,能更好地利用加速度计和磁力计的稳态信息有效补偿陀螺仪常值漂移,从而减少姿态解算的累积误差。仿真结果表明,该算法具有更好的稳定性,提高了系统的姿态解算精度。通过飞行器真实飞行数据对算法进行了实验验证,结果显示姿态的俯仰角、横滚角精度1°,偏航角精度2°,能很好地满足飞行器控制系统对姿态解算的精度要求。     

基于偏振光传感器的无人机姿态组合滤波算法北大核心CSCD

针对惯性导航易受运动加速度影响和GPS与磁力计导航易受到电磁干扰影响等问题,提出了一种偏振光辅助惯性导航的无人机航姿估计算法。利用大气瑞利散射模型获取最大偏振矢量,辅助惯性元件实现了基于PI互补滤波的姿态四元数更新算法;对陀螺仪、加速度计和偏振光传感器信号进行粒子滤波的融合修正。实验结果表明:该方法解算的姿态角在静态条件下性能稳定,抑制了传感器噪声;同时在运动情况下准确性大幅提升,具有更好的动态解算精度。     

四旋翼飞行器互补滤波姿态求解器的设计

精确的姿态角在四旋翼飞行器稳定飞行中起着非常重要的作用,为了实现小型低成本四旋翼飞行器高精度姿态数据的输出,搭建了STM32F103、MPU6050和气压计组成的姿态检测系统。并基于四元数微分方程,提出了一种PI改善型互补滤波姿态求解器的设计算法。该算法对陀螺仪测量数据进行了高通滤波、对加速度计和磁力计测量数据进行了低通滤波,提高了姿态解算精度。最后,通过实验平台将测量的PI改善型互补滤波算法与普通互补滤波算法四旋翼姿态角进行了比较分析,实验结果表明,PI改善型互补滤波算法求解器的姿态角动态误差较小,性能更稳定,能够满足小型低成本四旋翼飞行要求。     

低成本惯导系统预处理和姿态解算

针对低成本惯性传感器系统中由于系统误差、环境干扰等因素造成的姿态计算数据精度低、易发散等问题,设计了一种加速度计和陀螺仪的误差预处理模型,并使用扩展卡尔曼滤波实现其过程。然后基于扩展卡尔曼滤波算法构建两级噪声方差阵和引入渐消记忆因子的自适应扩展卡尔曼滤波算法,实现姿态角的融合过程。最后采用四元数更新算法求解姿态角。实验结果表明:通过自适应扩展卡尔曼滤波算法使姿态解算精度进一步提高。     

基于多MEMS传感器组合姿态解算仿真研究

针对传统单组MEMS传感器在姿态解算中所面临精度低、稳定性差等问题,提出一种基于多MEMS传感器组合姿态解算方法。载体坐标系各轴采用4组传感器,两两对角安装,将组合传感器测量数据与四元数估计数据做向量积,通过两组模糊和两组PI算法进行组合调节,利用互补滤波进行数据信息融合,通过自适应扩展卡尔曼滤波对修正后角速度进行预测估计,求得姿态角数据。仿真结果分析,所提出的方法较传统姿态解算方法具有更高的精度和稳定性。     

基于修正粒子滤波的MEMS传感器飞行器姿态解算

针对单一采用 MEMS传感器解算飞行器姿态无法克服系统非线性噪声干扰的问题,提出了一种基于修正粒子滤波的 MEMS传感器飞行器姿态解算方法.首先,利用共轭梯度法减小陀螺仪漂移误差,然后,利用加权粒子构造概率密度函数以更新粒子权值,得到优化状态估计值;再将共轭梯度法与修正粒子滤波进行融合,确定加权因子,同时以 STM32与 MEMS传感器为核心设计姿态解算系统.实验结果表明,该方法优化了飞行器静态与动态性能,姿态解算性能良好,系统过渡时间短,跟踪特性较好,且增强了系统的鲁棒性与稳定性.     

基于修正粒子滤波的MEMS传感器飞行器姿态解算（英文）

针对单一采用MEMS传感器解算飞行器姿态无法克服系统非线性噪声干扰的问题,提出了一种基于修正粒子滤波的MEMS传感器飞行器姿态解算方法。首先,利用共轭梯度法减小陀螺仪漂移误差,然后,利用加权粒子构造概率密度函数以更新粒子权值,得到优化状态估计值;再将共轭梯度法与修正粒子滤波进行融合,确定加权因子,同时以STM32与MEMS传感器为核心设计姿态解算系统。实验结果表明,该方法优化了飞行器静态与动态性能,姿态解算性能良好,系统过渡时间短,跟踪特性较好,且增强了系统的鲁棒性与稳定性。     

基于MEMS的海洋浮标云台稳定控制算法

针对海洋浮标上成像系统受其载体姿态的变化和海浪等因素的影响导致获得的图像信息不稳定或模糊这一现状,设计一套基于ARM11的云台稳定控制系统,即利用陀螺传感器MPU6050和磁力计HMC5883l对海洋浮标的运动姿态进行感应,通过姿态解算单元计算出载体的航向角和俯仰角,实现云台摄像机姿态的反向调整,从而使得云台摄像机输出稳定的图像。在姿态解算过程中将四元数和卡尔曼滤波结合起来对陀螺仪进行补偿,并利用基于椭球拟合的方法对磁力计进行补偿。实验结果表明该算法在静止情况下,俯仰角精度±0.1o,航向角±0.2o。     

磁传感器偏航角诊断滤波方法研究

在磁干扰环境中,磁传感器解算的飞行器偏航角会出现偏差。针对磁干扰导致的估计误差问题,面向模型不确定性飞行器系统,提出了基于非线性扩张状态观测器的磁传感器偏航角诊断滤波方法。该方法首先设计了一种双参数型非线性扩张状态观测器,降低了参数复杂性;然后基于该观测器设计改进型观测器残差法,对磁干扰数据进行诊断过滤;最后,设计了基于误差预测的改进型互补滤波器,通过融合滤波进一步抑制磁干扰。静态仿真实验结果表明,本文所设计的诊断过滤方法数据匹配率超过94%,融合滤波结果相位超前且更为平滑;动态飞行实验结果表明,该诊断滤波方法有效抑制了磁干扰对四旋翼飞行器偏航角估计的影响,增强了飞行器的稳定性和抗磁扰能力。     

基于MPU6050的四轴硬件姿态解算研究

针对四轴飞行器姿态信息的实时准确获取问题,对四轴飞行器的姿态解算方面进行了研究。在分析姿态表示的四元数法和欧拉角法基础上,以成熟的Mahony互补滤波算法为例比较了软件姿态解算和基于MPU6050数字运动处理器(DMP)的硬件姿态解算的实现流程,并对两种解算方法的解算时间和对姿态变化的跟踪性能进行了实验测试。研究结果表明:硬件姿态解算能实时准确地获取小型四轴飞行器的各项姿态信息,可以满足小型四轴飞行器的姿态控制要求。