基于QEKF的四旋翼飞行器姿态估计

提出了一种基于四元数扩展卡尔曼滤波(QEKF)数据融合算法,应用于四旋翼飞行器的姿态估计。首先,用四元数表示航向姿态参考系统(AHRS)中的坐标旋转关系,获取飞行器的姿态信息;然后,结合扩展卡尔曼滤波算法,融合低成本的MPU9250中陀螺仪、加速度计、磁力计传感器的9轴原始输出数据,对飞行器的真实姿态进行跟踪估计;最后,通过MATLAB实验仿真,与互补滤波(CF)和梯度下降法(GD)算法进行比较,实验证明QEKF对姿态的估计更加精准。     

四旋翼飞行器导航系统的数据融合方法

以时间戳对准和故障诊断技术为核心,根据四旋翼飞行器在执行任务时的实际需要,设计了组合导航系统。该系统搭载微机电系统(MEMS)的加速度计和陀螺仪,MEMS气压计和GPS传感器。首先设计预测器对GPS的数据进行时间戳对准,使得GPS的数据和惯导(INS)的数据同步;其次用量测数据(GPS和气压计)与INS数据进行故障诊断,防止量测数据跳变以及惯导数据误差的持续增大;最后采用基于时间戳对准和故障诊断的扩展卡尔曼滤波器设计组合导航系统,从而估计出四旋翼飞行器的位置和速度信息。     

四旋翼飞行器姿态估计方法

针对四旋翼飞行器姿态估计中传感器由于旋翼振动带来的测量误差,通过卡尔曼滤波方法融合加速度计和陀螺仪的测量数据来提高姿态估计精度,减少因载体振动带来的噪声并解决陀螺漂移问题。先分析了惯性器件误差类型,然后建立了三自由度的系统模型并用Matlab进行仿真分析,再利用带有螺旋桨的实验台验证方法的可行性。实验结果表明,姿态估计误差在2°以内且没有随时间的增长而增大,基本满足四旋翼飞行器姿态估计的实时性、廉价性、高精度等要求,该方法可以成功应用于四旋翼飞行器的姿态控制,抑制噪声干扰,为稳定的自主飞行创造条件。     

四旋翼飞行器平衡传感器数据 处理方法探讨

四旋翼飞行器的制作与研究日渐火热,而且其应用价值日渐凸显,当今四旋翼飞行器大都使用飞控板控制,其优点是操作简单,稳定性比较好,但好多的复杂功能无法自定义,仅仅能使用其固有的动作。源于市面上飞控板的这一点不足之处,我们团队设计出了具有自主特色的控制思路,本文重点讲解一下我们在研究过程中的角度平衡的数据处理思路与方法。     

四旋翼飞行器自主航行的设计

基于四旋翼飞行器设计了一套自主航行系统.介绍和分析了该系统的硬件构成及GPS和电子罗盘相结合的导航原理,阐述地面站软件的工作过程.为使系统具有很高的精确度和实时性,导航地面站软件利用Google Earth API接口快速导入电子地图;通过XBee模块无线传输预设航线和反馈飞行器的位置信息,以此实现飞行器的自主航线飞行及对飞行器位置的实时跟踪.     

基于DSP的四旋翼飞行器视觉导航避障系统研究

国内外学者对无人机技术进行了大量研究,特别是在对无人机的控制和自主着陆等方面的研究有了丰硕的研究成果。但针对无人机如何有效规避障碍物这一问题依旧值得深究,特别是在大城市,无人机在作业时会遇到很多复杂的地形和大大小小的障碍物,避障这一问题在没有得到根本解决前就依旧需要寻找更行之有效的解决措施。一方面为了弥补GPS全球定位导航局部分失效的缺点(如在建筑物密集地带和在室内作业),另一方面为了代替INS惯性导航系统漂移误差的影响,该项目中将光流避障算法理论应用于视觉避障的研究,让无人机能精准的避开障碍物,这一技术经过多次测试并不断完善,有希望成为无人机发展的新突破。     

四旋翼飞行器系统设计

四旋翼是一种具有四个螺旋桨的飞行器。文章分为两个部分介绍四旋翼的设计,第一部分介绍了四旋翼飞行控制器的硬件电路设计,主要包括STM32F103最小系统、数据采集模块、通信模块、电源管理模块和辅以调试的遥控系统的电路设计;第二部分介绍了四旋翼飞行器系统软件的设计,主要包括电源监测、姿态解算、PID控制及无线调试平台的实现。经过多次的测试与分析,该系统达到了可靠控制、飞行稳定的要求。     

旋翼飞行器抗风扰控制器设计与风场环境建模

为解决旋翼室外飞行时,受风场干扰而无法稳定飞行的问题,该文通过建立风场环境下的旋翼动力学模型,设计了双自适应衰减扩展卡尔曼滤波算法;该算法的自适应衰减因子可减小陈旧数据对当前滤波值的影响,而算法的自适应协方差调整因子可实时调整噪声协方差;算法采用上述双自适应因子与PID位置控制器结合建模飞行器控制器。为进一步验证算法的有效性,该文在分析紊流风场和阵风环境模型的基础上,进行了3D风场环境仿真建模研究,同步实现了四旋翼在风场环境中的飞行姿态可视化分析;实验结果表明,控制器的均方根误差约减少了82%。该文在验证抗风干扰控制算法有效性的同时,可降低飞行控制器实验验证成本。     

四旋翼飞行器MAC-PID位置控制研究

针对四旋翼飞行器传统PID控制系统存在的响应慢、抗干扰能力差、超调较大等问题,将模型算法控制(MAC)引入传统PID控制系统,以改善控制系统的动静态性能.将不完全微分PID控制器与MAC控制器相结合,构成串级闭环控制系统:将不完全微分PID控制器作为内环控制,实现对横滚角和俯仰角的姿态控制;将MAC作为外环控制,实现对...     

四旋翼自主飞行器跟踪系统设计

此飞行器跟踪系统是针对四旋翼飞行器具有图像采集处理、目标追踪、姿态控制以及定高飞行的要求进行设计的。该系统采用RX23T和STM32f407VG作为系统的主控芯片, MPU6050三轴陀螺仪作为飞行姿态反馈机构。定高飞行是通过超声波模块实时采集的对地高度数据, 并由STM32f407VG进行处理, 然后根据程序设定的高度值实时调节无刷电机的转速。摄像头进行图像信息采集, 图像通过RX23T对目标的颜色进行识别反馈给STM32f407VG进行处理, 最后调节电机转速以达到目标追踪。测试结果表明, 该系统定性与准确性达到设计要求。     

一种应用于低成本动中通天线的组合导航算法设计

卫星/微机电惯性组合导航系统具有体积小、成本低等优点,可以为动中通天线提供位置、速度以及姿态信息,然而其无法依靠自身完成航向初始化,除此之外在静态场景下由于航向可观测性较差,面临航向发散的问题。结合动中通天线的特征,设计并开发了一种应用于动中通天线的组合导航算法。通过该算法得到的跑车测试结果北向、东向以及天向的位置信息精度分别为2.1 m、1.9 m及1.7 m,北向、东向以及天向的速度精度分别为0.05 m/s、0.05 m/s、0.04 m/s,横滚角、俯仰角、航向角精度依次为0.05°、0.08°、0.11°。长时间的摇摆台测试结果表明采用该方案场强跟踪信号强度均值为8.93 dBW,信号跟踪平稳。     

重力辅助惯性导航中延时误差补偿算法研究

在重力辅助惯性导航系统中,由于重力仪的输出存在时间延迟,造成了观测信息滞后,采用常规扩展卡尔曼滤波算法难以保证滤波的精度。因此,该文首先建立了适应扩展卡尔曼滤波的数学模型,将重力仪实测重力异常与惯导系统指示位置的地图重力异常值之差作为量测信息;然后利用厄特弗斯效应计算重力仪的延迟时间;在此基础上,提出了一种延迟误差补偿算法,将其应用到重力辅助惯性导航系统中。仿真结果表明,该算法能有效地降低时间延迟给系统造成的不利影响,从而提高重力辅助惯性导航系统的定位精度。     

EKF、UKF、PF目标跟踪性能的比较

雷达系统的非线性目标跟踪已被人们广泛重视。扩展卡尔曼滤波器（EKF）是将卡尔曼滤波器（KF）局部线性化，其算法简单、计算量小，适用于弱非线性、高斯环境下。不敏卡尔曼滤波器（UKF）是用一系列确定样本来逼近状态的后验概率密度，在高斯环境中，对任何非线性系统都有较好的跟踪性能。粒子滤波器（PF）是用随机样本来近似状态后验概率密度函数，适用于任何非线性非高斯系统。文中通过仿真实验，对三者的性能进行了仿真比较，结果证明在复杂的非高斯非线性环境中，粒子滤波器的性能明显优于另外两种滤波器，但计算复杂，耗时长。     

适合处理乘性噪声估计卫星姿态的非线性迭代滤波算法

针对带乘性噪声的星敏感器/陀螺非线性卫星姿态确定系统,提出了一种迭代MEKF(Iterative Multiplicative Extended Kalman Filter)姿态估计滤波算法.通过对带乘性噪声的非线性卫星姿态确定系统的状态方程和测量方程进行二次线性化迭代,并基于线性最小方差准则和投影公式,导出了姿态状态...     

一种改进型锂离子电池SOC估算方法

为提高锂离子电池荷电状态(SOC)的估算精度,首先建立锂离子电池的较精确的二阶RC等效模型,根据模型建立状态空间方程,其次介绍电池充放电时电压电流采集方法,根据采集的数据,运用扩展卡尔曼滤波算法(EKF),对锂离子电池的荷电状态进行估算,结果表明,该数据的采集方法具有很高的精度,用扩展卡尔曼滤波算法估算的结果与真实值较为接近,精确度可达4%,对噪声有很强的抑制作用。     

基于灰色马尔可夫预测的组合导航方法

针对传统MEMS/GNSS组合导航在卫星信号差时长时间精准导航问题,提出了基于灰色马尔可夫预测的MEMS/GNSS组合导航方法。通过改进灰色预测,增加马尔可夫修正环节,预测当卫星信号差时的GNSS量测值,进而代替原量测值,并将结果进行抗差扩展卡尔曼滤波(EKF),克服噪声干扰影响,提高了系统的稳定性。经仿真和跑车实验验证,该组合导航方法在卫星信号差时仍能输出较高精度的导航结果,且可以较好地克服异常观测值对系统的影响。     

基于小波和扩展卡尔曼的心电检测

文中将小波变换和扩展卡尔曼滤波器相结合,利用小波变换多尺度多分辨的特点,将心电信号进行分解。然后对心电信号在各尺度上进行扩展卡尔曼滤波。最后在扩展卡尔曼滤波的输出结果上进行QRS波形检测。文中方法经MIT-BIH心电数据库检验,QRS波Se（探测灵敏度）在99.40%以上,同时,QRS＋P（正探测率）在99.39%以上,提高了心电信号检测的正确率。     

球坐标系下具有抗干扰能力的弹道导弹跟踪算法

 针对弹道导弹突防过程中释放的有源多假目标欺骗干扰,提出了一种新的具有抗干扰能力的弹道导弹跟踪算法.该算法不仅能够利用球坐标系下线性量测的优点,有助于提高真目标的跟踪精度,而且能够实时估计出假目标的延迟距离,利用雷达滤波结果即能辅助鉴别有源假目标.首先,将假目标的延迟距离增广到球坐标系的状态矢量中,从理论上导出了弹道目标更一般意义下的运动方程;其次,利用球坐标下的扩展Kalman滤波(EKF)对延迟距离进行实时估计,延迟距离较小的判定为实体目标,延迟距离较大的判定为有源假目标;最后,分析了相关因素对跟踪和鉴别性能的影响.该方法的优点是跟踪鉴别的一体化和实时性.     

一种高精度的BDS/INS紧耦合测姿算法

针对\"北斗\"卫星姿态测量系统在测姿过程中测姿精度和稳定性不高的问题,提出了\"北斗\"卫星导航系统(BDS)/惯性导航系统(INS)紧耦合姿态测量算法.该算法首先利用BDS观测量设计了BDS系统测姿误差模型;然后以INS状态误差方程为滤波系统状态方程,以载波相位为主要观测量设计了扩展卡尔曼滤波器,利用滤波器的输出实现对惯性导航测姿系统的辅助校正;最后采用静态测试、动态测试和遮挡测试验证该算法.该系统可以有效提高BDS测姿精度与输出频率,并且在静态条件下航向角测量精度可以达到0.15°.