基于磁强计和MEMS陀螺的弹箭全姿态探测

在对弹道修正弹箭进行弹道修正时,需要获取弹体的实时角速率、姿态信息。文中提出了一种采用磁强计和MEMS陀螺构建低成本姿态探测系统的方案,给出了利用地磁测量、陀螺测量和弹道先验信息解算弹体姿态的算法。设计并制造了原理样机,利用该样机和单轴转台对滤波器进行了测试。有限的转台试验表明：该方案精度高、稳定性好,是一种有应用潜力的弹箭组合定姿方案。     

基于磁强计/陀螺的卡尔曼滤波定姿算法

针对基于磁强计的组合导航研究中,须事先确定滚转角这一不足,提出了一种磁强计和MEMS陀螺组合确定姿态的四元数卡尔曼滤波算法。利用陀螺测量的姿态角速率,结合磁强计输出的地磁分量测量值,运用卡尔曼滤波算法对三个姿态角同时进行最优估计,而不需要先验假设。仿真误差分析表明:姿态角解算结果具有较小的误差,且不随时间积累。     

基于平方根无迹滤波的滚转弹姿态估计

给出一种基于平方根无迹卡尔曼滤波器(SR-UKF)的滚转弹飞行姿态获取方法.使用一个双轴角速率陀螺构成滚转弹飞行姿态遥测系统,利用SR-UKF对遥测数据进行处理,以重构弹体飞行姿态.针对低速滚转弹姿态运动模型的强非线性,运用SR-UKF算法进行姿态运动估计,避免了扩展卡尔曼滤波(EKF)产生的线性化误差.运用低速滚转弹姿态运动模型,导出了一组基于SR-UKF的迭代滤波方程.将基于SR-UKF算法与EKF及UKF的估计结果进行了对比,仿真结果验证了算法的有效性.     

基于地磁传感器测量的滚转弹药角速度估计

为了实时获得滚转弹药的飞行角速度,提出了一种基于地磁组件的角速度测量方法.该方法采用地磁传感器获得大地磁场强度在弹体三轴的投影及其变化率,并结合刚体转动运动模型,利用卡尔曼滤波器来获得滚转弹药的角速度.文中所提出的算法不同于其他的角速率估计器,不使用弹体的姿态,使得该算法适用于滚转弹药.仿真结果表明:该算法能很好的估计出滚转弹药的角速度,误差在允许的范围内,有较高的应用价值.     

基于强跟踪滤波器的滚转弹姿态估计

给出一种基于强跟踪滤波器( STF)的滚转弹飞行姿态获取方法。为了得到试验弹的飞行姿态,使用一个双轴角速率陀螺构成滚转弹飞行姿态遥测系统,利用STF滤波器对遥测数据进行处理,以重构弹体飞行姿态,为进一步的弹体飞行动力学分析及制导系统的效能分析提供依据。利用低速滚转弹姿态运动模型,导出一组基于多重次优渐消因子扩展Kalman滤波器(SFEKF)的迭代滤波方程。由于SFEKF对模型参数失配的鲁棒性及对状态变化较强的跟踪能力,改善了算法的姿态估计精度。仿真计算结果验证了算法的有效性。     

两轴地磁信号修正的陀螺姿态算法

目前捷联式惯导系统是惯性技术的发展方向,姿态算法是捷联惯导系统算法中的一个重要组成部分,其精度直接影响弹体姿态控制能力,为此文中提出了一种采用三轴MEMS陀螺进行姿态探测,并用两轴地磁信号解算出的滚转角修正陀螺累计误差的方案,仿真分析了地磁陀螺信号组合测姿算法。结果表明:该方案相对于单纯陀螺信号解算姿态角精度高,可用于改善测姿结果。     

弹道修正弹药的姿态测量技术研究

在弹道修正弹药系统中,需要实时确定弹药的飞行姿态及方位信息.文中提出了一种基于磁探测技术和微机械陀螺技术的姿态测量方案,给出了利用地磁矢量和陀螺探测结果进行弹体姿态解算的数学模型.通过比较两种不同的数学处理方法分析得出,采用四元数法进行姿态解算,可以减少三角函数计算,提高运算速度和精度,且不会出现奇异现象.在Matlab环境下的仿真结果表明了该方法的可行性和有效性.     

基于DSP 的地磁陀螺组合测姿系统

为解决弹体姿态控制能力问题,对基于DSP的地磁陀螺组合测姿系统进行研究,将三轴MEMS陀螺与地磁组合成样机,基于旋转矢量法姿态算法和TMS320F28335进行数据处理,并进行转台试验,解算出不同转速下的滚转角并进行误差分析。试验结果表明:该方案能够实时、准确、稳定地处理陀螺和地磁信号并解算出姿态结果,满足姿态控制的要求。     

地磁信息的旋转弹姿态算法研究

针对小口径高转速旋转弹姿态测量问题,提出了一种利用纯地磁组合信息获取旋转弹姿态的算法。通过参考坐标系的关系构建姿态变换矩阵,建立姿态角的数学模型,并设计相应的纯地磁姿态算法,利用仿真软件得到三轴地磁信号来进行姿态解算。结果表明,本姿态算法可以实时解算较高长时精度的姿态角,可以为常规旋转弹药制导化提供姿态信息。     

地磁陀螺组合弹药姿态探测技术研究

在对飞行弹体控制时，需要实时获取弹体的姿态角。文中提出了一种采用地磁传感器和硅微陀螺构建低成本姿态探测系统的方案，给出了利用地磁矢量和陀螺探测结果进行弹体姿态解算的数学模型。仿真结果显示．该方案在一定条件下可以达到较高的精度。     

基于RAEKF 和DGPS 的航母姿态测量方法

针对现有基于差分GPS(differential global position system,DGPS)的定姿算法无法解决GPS信号受干扰时无解的问题,且容易受GPS数据中粗大误差的影响,提出一种基于自适应抗差卡尔曼滤波(robust adaptive extended Kalman filter,RAEKF)和DGPS的航母姿态测量方法。研究载波相位差分GPS的测姿原理,详细分析现有定姿算法的原理并分别指出他们存在的缺陷,提出不受 GPS数据缺失和粗大误差影响的 RAEKF算法。结果表明：该算法能充分利用航母的运动信息,提高GPS定姿的精度和可靠性。     

用于微小卫星姿态确定的非线性估计算法

基于Kalman滤波理论，利用Stirling插值公式．对非线性系统的状态方程和测量方程进行近似形成的一阶和二阶非线性估计算法．克服了扩展Kalman滤波需要复杂求导以及收敛等问题，文中利用该算法。对微小卫星常采用的陀螺／磁强计组合姿态确定进行了研究，仿真分析表明，低成本微小卫星仅柔用陀螺和磁强计进行姿态确定是可行的，一阶和二阶近似非线性估计算法处理这种强非线性的姿态估计问题是非常有效。     

基于卡尔曼滤波的陀螺仪阵列技术研究

多个相同型号的陀螺仪测量轴相互平行,测量同一个角速度信号所组成的阵列叫做陀螺阵列。通过研究陀螺阵列提高惯性测量精度的信息处理算法,建立单个微机电（MEMS）陀螺仪的两种不同漂移模型,利用Allan方差对漂移系数进行辨识,将辨识出的随机漂移系数应用于卡尔曼滤波。通过卡尔曼滤波将陀螺阵列的信息融合为一个较高精度的输出,证明了卡尔曼滤波的稳定性。通过实验对比了不同建模方法的优劣,并且验证了基于卡尔曼滤波的信息融合方法可以有效提高MEMS陀螺仪的精度。     

一种基于低精度光纤陀螺的组合导航系统

针对实际工程要求,设计适用于低精度光纤陀螺的组合导航系统的试飞方法.构建一种基于低精度光纤陀螺的组合导航系统,包括磁传感器、多普勒雷达和卫星导航子系统,设计Kalman滤波器,给出其状态方程和量测方程,并进行飞行试验.试验结果表明:该组合导航系统满足中等精度导航需求,设计成本较低,算法科学可行,具有较强的实用性,可广泛应用于各种民用航空导航领域.     

一种适用于高动态制导飞行的大气航姿系统算法

为解决高动态制导飞行条件下航姿系统的可用性,从工程应用角度提出一种新的大气航姿自适应滤波算法,采用大气数据信息剔除滤波量测中的运动加速度,解决了内阻尼航姿算法在载体高动态机动时不能正确修正姿态的问题。基于MEMS惯性器件的大气航姿系统跑车试验结果证明,该算法合理可行,具有很好的鲁棒性,可以为高动态运动载体提供准确的姿态/航向信息。     

基于互补-粒子滤波的MEMS 传感组件姿态数据融合算法

为解决现有的MEMS传感组件精度低、误差大和磁传感器测量的航向角数据噪声大、精度低等问题,提出基于互补-粒子滤波的姿态融合解算方法.先用互补滤波算法结合加速计和磁力计对陀螺仪的姿态角进行修正,再采用四元素法对陀螺仪数据进行粒子滤波.仿真实验结果证明:该算法能快速解算出姿态角,提高解算精度.     

Unscented Kalman Filter for Autonomous Warship Attitude Determination

To address a problem of autonomous attitude determination algorithm using gravitational field and geomagnetic field observation, a new recursive optimization autonomous attitude estimation algorithm is proposed. The algorithm is based on unscented Kalman fiher(UKF), and can synchronously provide the attitude rate information. The simulated results show that the measurement precision of the method could be increased by 2 times compared to that of the common methods.     

卡尔曼滤波在四旋翼飞行器姿态测量中的应用

针对简单均值滤波很难满足要求的不足,介绍一种四旋翼飞行器系统飞行姿态测量的新算法。在使用传统的加速度传感器获取数据的基础上,使用卡尔曼滤波的方法,将加速度传感器数据和陀螺仪数据进行融合,以单片机为核心的惯性测量单元进行试验。结果表明,该算法能避免动态噪声对加速度传感器数据的影响,提高四旋翼飞行器姿态测量的精度。