四旋翼飞行器姿态解算算法试验研究

四旋翼飞行器姿态信息的准确性直接影响飞行器的飞行控制效果。介绍了四旋翼飞行器姿态解算常用的梯度下降与互补滤波融合算法和自适应互补滤波算法的原理,并基于自主研发的IMU系统对两种算法的静态与动态解算效果进行了实际测量和对比分析。实验结果表明,自适应互补滤波算法在两种情况下的滤波效果均优于梯度下降与互补滤波融合算法。     

基于三子样和互补滤波的姿态测量算法研究

为了解决陀螺随时间的漂移以及周围环境产生的随机误差的问题,设计了一种基于互补滤波的姿态求解方案,同时通过将三子样算法和互补滤波结合起来使该算法适用于高动态等复杂环境下的姿态测量。该方案采用四元数法对姿态进行描述,经过高精度三轴温控速率转台上的静态实验以及摇摆动态实验,通过对比高精度转台角度值,可以发现互补滤波算法对于精度的提高有明显的效果,有效的将惯性测量单元的数据进行融合。同时由于采用了三子样算法可以满足高动态环境下的姿态测量,确保了系统在各种环境下精确测量。     

基于互补滤波的汽车姿态数据采集系统研究

为了掌握汽车行驶过程中的各种姿态数据,监控汽车运行状态,设计了一种汽车姿态数据采集系统。采用MEMS九轴运动传感器,基于惯性导航原理,运用互补滤波算法,结合高性能嵌入式处理器,实时采集汽车姿态数据,并进行数据校准、互补滤波和数据修正,解算出有效的全方位姿态数据,包括俯仰角、翻滚角和航向角。经过实车测试,能够真实地反映出汽车的运行状态。这些数据可以描绘出汽车的运行轨迹;还可以用来还原事故现场,进行责任认定;回放行驶路线、分析驾驶员驾驶行为。     

基于AHRS的改进自适应互补滤波算法研究

针对基于MEMS传感器的航姿参考系统精度不高、数据易漂移导致测量无人载体航姿数据不准确的问题,设计了基于四元数与自适应互补滤波相结合的改进自适应互补滤波算法。通过对MEMS加速度计与磁强计输出数据、MEMS陀螺仪的积分数据进行补偿、数据融合,减小积分漂移。仿真实验数据表明,该改进互补滤波算法可抑制外部噪声对输出数据准确性的影响,提高了姿态角输出数据准确性。     

基于L BFGS的自适应模糊互补滤波

针对惯性测量单元噪声大及常规姿态解算算法精度不高的问题,提出了一种基于拟牛顿法（L-BFGS）的自适应模糊互补滤波（AFCF）算法。该方法利用L-BFGS对加速度计、磁力计进行寻优估计,并通过监测系统的运动等级、加速度计、磁力计的误差,运用模糊逻辑理论调控加权因子及增益权重,动态地调整互补滤波参数,实现姿态误差的动态补偿,优化姿态解算结果。经实验验证,系统静态误差在0.4°内;动态误差在1.3°内,且该系统能减少噪声的干扰及陀螺仪的漂移。     

移动卫星通信低成本姿态估计算法

移动卫星通信(动中通)是卫星通信的重要分支,低成本化是动中通的发展趋势。为有效加速动中通的推广和应用,该文提出了基于微机械惯性传感器的低成本动中通工作模式,并将传统姿态估计领域的传感器融合姿态估计算法、互补滤波姿态估计算法与新兴的组合导航姿态估计算法进行了对比,结果表明,侧滑角和机动加速度是限制传感器融合姿态估计算法估计精度的主要因素,航向角可观性低是限制组合导航算法的主要因素。3种算法经过改进后,姿态估计误差均在0.5°内,3种算法均满足移动卫星通信的需求。组合导航算法无需考虑外界干扰对姿态估计的影响,具有更好的应用前景。     

一种基于AIKF的姿态测量算法

惯性测量单元中传感器具有较强的非线性和噪声的不确定性,导致使用常规卡尔曼滤波时误差大,容易出现发散,针对此问题,该文提出了一种改进的自适应增量卡尔曼滤波（AIKF）算法。该算法使用互补滤波将加速度计、磁力计和陀螺仪的数据进行融合,利用滤波后的数据增量作为卡尔曼滤波器的观测量,同时对系统噪声进行自适应在线估计,以获得精准的姿态输出。实验结果表明,该算法能够实现姿态的精准测量,摇摆台试验中俯仰角、横滚角误差小于0.05°,航向角误差小于0.15°,具有较好的噪声抑制能力。     

基于互补滤波器的两轮平衡车姿态角度测量

微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS）陀螺仪和MEMS加速度计在两轮平衡车姿态测量中存在扰动和噪声,引起姿态角度测量误差。通过对陀螺仪和加速度计输入信号进行滑动扣除均值方法来抑制直流分量,利用滑动滤波算法抑制加速度计高频噪声,引入互补滤波算法将预处理后的陀螺仪和加速度计信号进行融合,得到更加准确稳定的角度测量值,分析了融合算法中加权因子与滤波频率特征之间的关系。该方法应用到两轮平衡车的运行姿态角度控制中,提高了对姿态角度测量的精度。     

基于STM32的姿态测量系统设计

以无人机航姿测量系统小型化、量轻化为背景,设计了一种基于微惯性单元MEMS的姿态测量系统。系统以STM32F103C8T6为主控制器,通过I2C总线分别采集惯性测量单元MPU6050和数字罗盘HMC5883L的测量数据,利用数据融合算法解算无人机当前姿态。对于MEMS温漂和噪声干扰的问题,提出了一种基于四元数的互补滤波算法,对测量的姿态数据进行补偿修正。实验结果表明,该姿态测量系统简单可靠、性能稳定、精确度高,成功完成了姿态的最优控制。     

基于四元数的PID改进型互补滤波算法

传统的互补滤波算法实现了多传感器的数据融合,补偿了陀螺仪的积分误差,且有运算量小的优点.但是也具有数据波动大,解算误差大等缺陷.针对数据波动较大的问题引入微分环节,由此提出四元数PID改进型互补滤波算法,以PID控制器的反馈来抑制数据波动.实验证明该算法继承了互补滤波算法运算量小的优点,同时降低了因数据波动产生的误差,能在更短的时间内稳定、有效地跟踪四轴的飞行姿态.     

基于PID控制的X模式四旋翼飞行器研究

设计了X模式四旋翼飞行器飞行控制系统的总体方案;在此基础上,完成了飞行控制系统的软硬件设计,包括器件选型、硬件电路设计、系统软件设计,并把互补滤波器应用于姿态解算,姿态控制部分采用PID(Proportional Integral Derivative)控制器。通过仿真验证了器互补滤波和PID控制器算法可行性。     

哑铃型互补SRR滤波器的优化和仿真实验分析

基于Pendry提出的开口谐振环(SRR)基本理论,结合Falcone建立的SRR互补模型,针对Mohammed构建的哑铃型结构,建立了HFSS模型,完整地仿真了哑铃型互补SRR滤波器主要结构参数对性能的影响,分析了滤波器单元边长、缝隙宽度、缝隙间距、开口宽度、桥接间距和桥接宽度与滤波器中心工作频点、工作带宽和传递系数之间的关系.结果表明,通过调整缝隙宽度和间距能够有效改变滤波器工作频点、带宽和传递系数;增加单元边长,虽可有效降低工作波长,但其带宽和传递系数均会显著恶化;其它参数的改变不会导致滤波器性能发生显著改变.最后,设计了实物样品验证了仿真结果.     

基于频率响应掩蔽法的宽带滤波器的设计

针对FIR滤波器设计中锐截止宽带滤波器阶数较高、计算复杂的问题,提出用频率掩蔽法,先设计一个过渡带为目标过渡带的L倍的原型滤波器,其实现复杂度远小于所要求的滤波器,依据L倍内插滤波器的过渡带宽是原型滤波器的1/L的原理,利用一对互补滤波器和掩蔽滤波器,得到了较低计算复杂度的锐截止宽带滤波器。     

无人机高度信息融合技术研究

无人机在丘陵地带做低空飞行任务时,需要准确的对地高度信息才能保障无人机的安全飞行。本文研究了基于互补滤波网络的高度信息融合技术,针对气压高和无线电高的误差特性,分析了互补滤波的理论依据,设计了互补滤波网络的时间常数,给出了离散域内互补滤波器的算法。最后针对某无人机进行了非线性仿真和试飞验证,结果表明设计的滤波器满足无人机在丘陵地带的低空飞行要求。     

基于新型互补开环谐振器的基片集成波导滤波器

设计了一种新型的互补开环谐振器(Complementary split ring resonators,CSRR),研究了新型CSRR应用在基片集成波导(Substrate integrated waveguide,SIW)时的频率响应。采用该结构设计并制作了两个SIW滤波器,其中心频率分别为5 GHz和6 GHz,带宽分别为800 MHz和2 GHz,设计和实测结果较为吻合。     

基于CSRR的带通滤波器小型化设计

介绍了一种新型的互补开环谐振器(Complementary Split Ring Resonators,CSRR),用此新型谐振器和1/4波长传输线变换器制作了波导带通滤波器.在此基础上为了使滤波器更小型化,设计了挡板结构,改进了滤波器的1/4波长传输线变换器.通过对两种结构的仿真比较得出,新型结构的滤波器在满足设计需...     

基于双层扇形基片集成波导的双频平衡滤波器

提出了一种表面刻有一对互补开环谐振器(CSRR)的45°扇形基片集成波导谐振腔(SSIWR),设计并制作了一款结构紧凑且具有高选择性的双层双频平衡带通滤波器。分别利用具有带通特性的CSRR和谐振腔内的TM_(220)模实现了差模双频响应;模式间的耦合以及缺陷地结构(DGS)的引入使得滤波器在通带附近产生4个传输零点,提高了带外抑制。此外,通过平衡结构以及优化的馈电位置,实现了良好的共模抑制。滤波器的中心频率为10.13 GHz和10.83 GHz,-3 dB带宽为140 MHz和150 MHz,两通带内的共模抑制分别超过了30.36 dB和29.87 dB,实测结果与仿真结果基本一致。